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HF氣相蝕刻機(jī)(VPE系列)
VPE由一個(gè)反應(yīng)室和一個(gè)蓋子組成。加熱元件集成在蓋子中。它控制要蝕刻的襯底的溫度。晶圓夾持可以通過兩種方式實(shí)現(xiàn):通過使用夾持環(huán)機(jī)械地夾持晶圓。擰緊是從設(shè)備的背面進(jìn)行的，該背面從不與氫氟酸蒸汽。3個(gè)螺母很容易用防護(hù)手套處理。另一種選擇是靜電箝位。單個(gè)芯片(長于10 mm)以及晶片可以被夾到加熱元件上。保護(hù)晶片的背面不被蝕刻。
VPE有各種尺寸和一系列可選附件。在這里，我們展示了電子卡盤以及機(jī)械芯片夾緊解決方案(150毫米)。
溫控反應(yīng)室(牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System的縮寫）?)
二氧化硅的蝕刻速率隨著反應(yīng)室中液態(tài)HF的溫度而略微變化。HF的溫度取決于潔凈室的環(huán)境溫度。此外，HF在長時(shí)間的蝕刻過程中發(fā)熱，這導(dǎo)致晶片與晶片之間的蝕刻速率增加，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。
為了穩(wěn)定蝕刻速率，我們有一個(gè)裝有溫控液態(tài)HF的反應(yīng)室。HF的溫度可以用一個(gè)附加的控制器來調(diào)節(jié)。將HF酸加熱到閾值溫度以上允許在蝕刻過程中保持溫度穩(wěn)定。
VPE150-TRC用一個(gè)電子卡盤(靜電吸盤)。
VPE150-TRC帶有機(jī)械卡盤(裝有完整的晶片)。
工藝:氣相蝕刻
第一次實(shí)驗(yàn)汽相蝕刻是由霍姆斯&斯內(nèi)爾在1966年進(jìn)行的1].他們觀察到，晶片上的二氧化硅以相當(dāng)?shù)奈g刻速率被蝕刻，即使晶片不在蝕刻浴中，但接近蝕刻浴。Helms & Deal證實(shí)水的作用是為表面的HF提供一種濃縮的溶劑介質(zhì)。奧芬貝格以及其他人?[2]提出了兩步反應(yīng)，其中首先通過吸附水(H)形成硅烷醇基團(tuán)來打開氧化物表面2o)。隨后硅烷醇基團(tuán)被HF攻擊:
SiO2+ 2小時(shí)2O → Si(OH)4
硅(哦)4+ 4高頻→ SiF4+ 4小時(shí)2O
MEMS靜摩擦
二氧化硅通常用作微機(jī)械結(jié)構(gòu)的犧牲層。例如，絕緣體上硅(SOI)晶片上的深度反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)器件通常在液體氫氟酸(HF)中釋放。在去離子水中沖洗晶片后，水的表面張力破壞了釋放的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)相互粘附。
這種無意的粘附問題被稱為:
靜摩擦力，一個(gè)曼托港單詞構(gòu)造自粘的和支持.
靜摩擦的解決方案:含碘的HF蒸汽VPE
在HF蒸汽中蝕刻二氧化硅是一種準(zhǔn)干法。由于HF蒸汽環(huán)境中的濕度，在晶片上存在非常薄的水膜。HF被吸收并蝕刻二氧化硅(SiO2).在反應(yīng)過程中，產(chǎn)生硅烷和水。硅烷以氣相形式逸出。有趣的是，在這個(gè)反應(yīng)中，水起引發(fā)劑的作用，并且是由反應(yīng)過程本身產(chǎn)生的。在加熱襯底時(shí)，可以通過控制表面上的水量來調(diào)整蝕刻速率。在4-6微米/小時(shí)的蝕刻速率下，大多數(shù)結(jié)構(gòu)可以被釋放而不會(huì)粘連。蝕刻進(jìn)度和均勻性如下圖所示。
在該過程中觀察到HF蝕刻的均勻性。
應(yīng)用示例
- 無靜摩擦MEMS釋放
- 結(jié)構(gòu)細(xì)化
- SOI襯底上結(jié)構(gòu)的無切割釋放
- 蝕刻速率可從0到約30微米/小時(shí)調(diào)節(jié)
- 單面氧化硅2蝕刻(加工過程中背面受到保護(hù))
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