Nếu khắc mòn nhằm tạo ra hốc lõm ừong vật liệu, độ sâu của hốc có thể kiểm soát gần đứng dùng thời gian khắc mòn và biết tốc độ khắc mòn. Thường xuyên hơn thì phải khắc mòn loại bỏ toàn bộ lớp trên cùng của cấu trúc nhiều lớp mà không làm hỏng các lớp dưới hoặc các lớp mặt nạ. Khả năng của hệ khắc mòn thực thi được điều đó phụ thuộc vào tốc độ khắc mòn ưong hai vật liệu và do đó tham sổ quan trọng củâ quá trình khắc mòn là độchọn lọc
(selectivity). Độ chọn lọc là tì số độ mài mòn của lớp cần khắc mòn (ví dụ
màng oxit) và của lớp khác (ví dụ mặt nạ cản quang). Nêu độ chọn lọc là 2:1 màng oxỉt sẽ khắc mòn nhanh gấp đôi cản quang.
Hình 3,11. Độ chọn lọc Vàng: lớp cần loại bỏ; lam: lớp giữ lại.
1. Chọn lọc kém; 2. Chọn lọc tốt Trong quá trình khắc mòn đẳng hướng sự khắc mòn xảy ra theo hướng ngang và thẳng đứng. Do đó lớp được loại bỏ không chỉ theo chiều dày mà cả theo đường bao quanh. Cách khắc mòn này cắt chân răng (undercut; xén mặt) lớp mặt nạ và tạo các héc với thành bên nghiêng. Khoảng cách của cắt chân răng gọi là bias. Chất
khắc mòn có trịsố bias lớn gọi là đẳng hướng. Trong khắc mòn dị hưởng
lóp loại bỏ chỉ theoehiều thẳng đứng.Việc sử dụng quy trình nào phụ thuộc vào yêu cầu, trong đó khắc mòn dị hướng thường được dùng nhiều hơn.
1
Isotropic etch process, Anisotropic etch process, particles move in each direction: perpendicular orientated: Under etch of the resist mask, Exact transfer of the resist mask,
Các quá trinh hóa học ướt không chỉ áp dụng cho khắc mòn mà còn cho các nhu cầu khác:
- Làm sạch tấm bán dẫn - Loại bỏ cản quang
- Xử lí mặt sau: loại bỏ các lớp kết tủa như là sản phẩm phụ trong quá trình khác (ví dụ oxy hóa nhiệt)
-Loại bỏ lớp polymer: loại bỏ sản phẩm phụ gặp phải trong khắc mòn khô
Khắc mòn ướt rất hiếm khi sử dụng cho cấu trúc vì định hình đẳng hướng của nó.
3.1.5.2 Khắc Mòn ướt (Wet Etching)
a) Nguyên ỉỷ và yêu cầu
Nguyên lí của quá trình khắc mòn ướt là hòa tan vật liệu rắn vào họp chất lỏng dùng các dung dịch hóa học. Độ chọn lọc là rất cao do các hóa chất sử dụng có thể thích ứng rất chính xáccho từng màng mỏng. Cho phần lớn dung dịch độ chọn lọc là lớn hơn 100:1.
Các yêu cầu sau cần thỏa mãn trong hóa học lỏng: - Lớp mặt nạ không bị ăn mòn
- Độ chọn lọc cao
- Quá trình khắc mòn có thể cho dừng lại bằng pha loãng dừng nước
- Các sản phẩm phản ứng không phải là chất khí vì chúng có thể che các vùng khác
- Tốc độ khắc mòn không đổi suốt quá trình
- Các sản phẩm phản ứng hòa tan được để ừánh hạt tạp - Bảo vệ môi trường và dễ tiêu hủy
Sau đây sẽ đề cập đến những biến thể của khắc mòn ướt
Trong khắc mòn mẻ nhiều tấm có thể thực hiện đông thời, hệ bơm tuần hoàn và các bộ lọc ngăn không cho các hạt tạp bám vào tấm. Do nồng độ hóa học giảm cùng quá trình khắc mòn tấm, nó cần được tái tạo thường xuyên.
Lifting device
Hình 3.13. Khắc mòn từng mẻ Tốc độ khắc mòn, hay lượng mài mòn theo thời gian, phải được biết rõ để bảo đảm quá trình lặp lại
tốt. Sự ram (tempering) chính xác là quan trọng vì tốc độ khắc mòn tăng cùng
với nhiệt độ.
Tay đòn có thể dịch chuyển tấm theo chiều ngang và đứng. Sau khi tấm được khắc mòn, quá trình khắc mòn được dừng lại nhờ thanh lọc với nước ừong bể tách riêng. Tiếp theo tấm được làm khô nhờ máy quay khô (spin- dryer).
Ưu điểm của khắc mòn mẻ là năng suất cao và cấu trúc đơn giản của công cụ khắc mòn. Tuy nhiên, độ đồng đều là thấp.
c) Khắc Mòn Phun (Spray Etching)
Khắc mòn phun tương đương với sự rửa tráng phun trong kỹ thuật in lito. Do mẫu quay cùng với việc tái tạo ổn định hóa học khắc mòn mà độ đồng đều rất cao. Bọt không thể xuất hiện do tốc độ quay cao, song mỗi tấm được xử lí tách riêng.
Wafer in carrier
Î...1...Î
Như là sự thay thế xử lí tấm đơn lẻ khắc mòn phun có thể thực hiện cho nhiều tấm đồng thời Trong máy khắc mòn quay các tấm được gắn quanh đầu phun và quay đồng tâm. Sau đó các tấm được làm khô trong môi trường nitơ nóng.
Wafer in carrier
Spray bars
Rotating drum
Hình 3.14.Khắc mòn phun Như là sự thay thế cho ngâm tấm, máy tấm đơn dùng nguyên lí Bernoulli (cho dòng chảy chất lưu mà hệ quả là với dòng chảy nằm ngang khi vận tốc của chất lưu tăng lên thì áp suất của nó giảm xuống) để khí (thường là nỉtơ sạch) làm lớp đệm và bảo vệ một mặt của tấm trong khỉ chất khắc mòn tác động vào mặt kia. Điều đó có thể thực hiện cho cả hai mặt trước sau. Hóa học khắc mòn xảy ra ở mặt trên còn mặt dưới không bị ảnh hưởng. Phương pháp khắc mòn này đặc biệt hiệu quả ừong các công đoạn mà tấm đã mỏng đi nhiều và rất nhạy với ứng suất nhiệt hay cơ.
Bảng 3.4: Vật liệu cần khắc mòn và hóa chắt khắc mòn ướt tương ứng V ậ t l i ệ u c ầ n k h ắ c m ò n C h ấ t k h ắ c m ò n ư ớ t A l u m i n i u m ( A l ) 8 0 % p h o s p h o r i c a c i d ( H 3P O4) + 5 % a c e t i c a c i d + 5% n i t r i c a c i d ( H N O3) + 10% w a t e r ( H20 ) at 3 5 - 4 5 °c I n d i u m t i n o x i d e [ I T O ] ( I n203: S n 02) H y d r o c h l o r i c a c i d ( H C 1 ) + n i t r i c a c i d ( H N O3) + w a t e r ( H20 ) (1:0.1:1) at 40 °c C h r o m i u m ( C r ) “ C h r o m e e t c h ” : e e r i e a m m o n i u m n i t r a t e ( ( N H4)2C e ( N 03)6) + n i t r i c a c i d (HNO3) • H y d r o c h l o r i c a c i d ( H C 1 ) G a l l i u m A r s e n i d e ( G a A s ) • H y d r o c h l o r i c A c i d ( H C 1 ) C i t r i c A c i d d i l u t e d ( C6H807 : H20 , 1 : 1 ) + H y d r o g e n P e r o x i d e ( H202) + W a t e r ( H20 ) G o l d (Au) A q u a r e g i a , I o d i n e a n d P o t a s s i u m I o d i d e s o l u t i o n O r g a n i c r e s i d u e s a n d p h o t o r e s i s t P i r a n h a e t c h : s u l f u r i c a c i d (H2SO4) + h y d r o g e n p e r o x i d e (H2o2) P l a t i n u m ( P t ) A q u a r e g i a S i l i c o n ( S i ) • N i t r i c a c i d ( H N O3) + h y d r o f l u o r i c a c i d (HF) • P o t a s s i u m h y d r o x i d e ( K O H ) • E t h y l e n e d i a m i n e p y r o c a t e c h o l ( E D P ) S i l i c o n d i o x i d e ( S i 02) • H y d r o f l u o r i c a c i d ( H F ) B u f f e r e d o x i d e e t c h [ B O E ] : a m m o n i u m f l u o r i d e ( N H4F ) a n d h y d r o f l u o r i c a c i d ( H F ) S i l i c o n nitride (SÌ3N4) • 8 5 % P h o s p h o r i c a c i d (H3PO4) a t 1 8 0 °c ( R e q u i r e s S1O2 e t c h m a s k ) T a n t a l u m ( T a )
Titanium (Ti) Hydrofluoric acid (HF) Titanium nitride (TiN)
• Nitric acid (HN03) + hydrofluoric acid (HF) . SCI