二氧化硅的湿蚀刻简介
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2021-01-07
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二氧化硅的湿蚀刻
SiO2 膜在微技术中具有两个主要作用：作为介电层或作为掺杂/蚀刻掩模。在这两种情
况下，通常都需要图案化。当在高温烘箱中通过硅衬底的氧化获得时， SiO2 被称为“热”。
否则，它可以通过化学气相沉积（CVD）作为附加层而获得，不需要硅衬底。
氧化物厚度通常在 100 nm 和 1000 nm 之间（即分别为 1000Å 和 10000Å，这是在薄膜
技术中仍非常流行的埃单位的使用）。
它可以容易地用对硅的影响可以忽略不计的化学物质蚀刻。而且，许多硅蚀刻剂不影
响氧化物。这种可能性被广泛用于所有基于硅的微技术中。
如果氧化物用作硅加工的高温掩模，则必须预先在低温下使用基于抗蚀剂的微光刻工
艺对其进行构图。
当必须在硅上进行室温工艺时，可以避免使用氧化物掩膜，因为抗蚀剂可以直接充当
硅的掩膜。但是，有些化学物质可以轻松蚀刻抗蚀剂和硅。典型的例子是硅的各向异性蚀
刻，通常在 KOH（氢氧化钾）中进行。在这种情况下，稀释的 KOH 也是用于正性抗蚀剂的
典型显影液。因此，蚀刻过程应以黄光进行，抗蚀剂对此不敏感。这是不切实际的。但是
即使如此，由于对于硅的可接受的蚀刻速率需要浓缩的 KOH，因此再次不能使用抗蚀剂，
因为未经稀释的 KOH 会去除抗蚀剂，即使它没有被曝光。
SiO2 的一种非常“选择性”的化学物质（即根本不腐蚀硅）是氢氟酸（HF）。如果直接
使用，则这种蚀刻剂对氧化物具有过快和过强的作用，使得底切和线宽控制非常困难。由
于这个原因，HF 普遍用作“缓冲”溶液，通过调节镀液的 PH 值，可以保持较低的蚀刻速率并
保持恒定。这允许蚀刻时间可靠地与蚀刻深度相关。
行业标准的缓冲氢氟酸溶液（BHF）具有以下配方：
-6 体积的氟化铵（NH4F，40％溶液）-1 体积的 HF。
例如，可以通过将 113 g NH4F 与 170 ml H2O 混合，然后添加 28 ml HF 来制备。室温下
的蚀刻速率范围为 1000 至 2500Å/ min。这取决于氧化物的实际密度，该氧化物作为无定形
层可以具有更致密的结构（如果在其中热生长是氧气）或更不致密的结构（如果通过 CVD
生长）。以下蚀刻反应成立：
SiO2 + 6HF-> H2SiF6 + H2O
H2SiF6 是水溶性的。
有时，BHF 是按照上述配方制备和储存的，但在使用前将其以 7：1 的比例稀释在水
中。这允许更好地控制蚀刻速率。优良作法是仅使用稀释的 BHF，然后将其丢弃，以确保
过程可重复性。如果使用 35°C 的 BHF 稀释浴，则热氧化物的蚀刻速率约为 800Å/ min。
另一种流行的蚀刻配方是 P 蚀刻：
60 体积的 H2O + 3 体积 HF + 2 卷 HNO3 的值，即：
300 毫升 H2O + 15 毫升 HF + 10 毫升 HNO3。
由于生长技术的缘故，P 蚀刻作用在很大程度上取决于氧化物密度。文献报道了一个
例子（WA Pliskin，J.Vac.Sci Technol。，第 14 卷，第 1064 页，1977），表明热氧化物为
120Å/ min，溅射氧化物为 250-700Å/ min。
为了打开硅衬底的掩模窗口，优选慢蚀刻浴。然而，蚀刻工艺可以仅用于从整个表面
去除氧化膜。在这种情况下，蚀刻速度并不严格，可以使用快速溶液，例如将 HF 在水中以
1:10 的比例稀释。通过目视检查表面可以容易地评估蚀刻时间。除去氧化膜后，就会出现
硅表面的金属灰色。
有时需要非常轻的蚀刻，以去除仅几个原子层。这是表面清洁和去污的情况。可以使
用在水中以 1:50 稀释的 HF。蚀刻速度将约为 70Å/ min。例如，可以用 45-50 秒的光蚀刻去
除硅上典型的 50Å“天然”氧化物。
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