Nếu khắc mịn nhằm tạo ra hốc lõm ừong vật liệu, độ sâu của hốc cĩ thể kiểm sốt gần đứng dùng thời gian khắc mịn và biết tốc độ khắc mịn. Thường xuyên hơn thì phải khắc mịn loại bỏ tồn bộ lớp trên cùng của cấu trúc nhiều lớp mà khơng làm hỏng các lớp dưới hoặc các lớp mặt nạ. Khả năng của hệ khắc mịn thực thi được điều đĩ phụ thuộc vào tốc độ khắc mịn ưong hai vật liệu và do đĩ tham sổ quan trọng củâ quá trình khắc mịn là độchọn lọc
(selectivity). Độ chọn lọc là tì số độ mài mịn của lớp cần khắc mịn (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 mịn nhanh gấp đơi 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 mịn đẳng hướng sự khắc mịn xảy ra theo hướng ngang và thẳng đứng. Do đĩ lớp được loại bỏ khơng chỉ theo chiều dày mà cả theo đường bao quanh. Cách khắc mịn 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 mịn cĩ trịsố bias lớn gọi là đẳng hướng. Trong khắc mịn dị hưởng
lĩp loại bỏ chỉ theoehiều thẳng đứng.Việc sử dụng quy trình nào phụ thuộc vào yêu cầu, trong đĩ khắc mịn 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 hĩa học ướt khơng chỉ áp dụng cho khắc mịn mà cịn 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 hĩa nhiệt)
-Loại bỏ lớp polymer: loại bỏ sản phẩm phụ gặp phải trong khắc mịn khơ
Khắc mịn ướt rất hiếm khi sử dụng cho cấu trúc vì định hình đẳng hướng của nĩ.
3.1.5.2 Khắc Mịn ướt (Wet Etching)
a) Nguyên ỉỷ và yêu cầu
Nguyên lí của quá trình khắc mịn ướt là hịa tan vật liệu rắn vào họp chất lỏng dùng các dung dịch hĩa học. Độ chọn lọc là rất cao do các hĩa chất sử dụng cĩ 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 hĩa học lỏng: - Lớp mặt nạ khơng bị ăn mịn
- Độ chọn lọc cao
- Quá trình khắc mịn cĩ thể cho dừng lại bằng pha lỗng dừng nước
- Các sản phẩm phản ứng khơng phải là chất khí vì chúng cĩ thể che các vùng khác
- Tốc độ khắc mịn khơng đổi suốt quá trình
- Các sản phẩm phản ứng hịa tan được để ừánh hạt tạp - Bảo vệ mơi trường và dễ tiêu hủy
Sau đây sẽ đề cập đến những biến thể của khắc mịn ướt
Trong khắc mịn mẻ nhiều tấm cĩ thể thực hiện đơng thời, hệ bơm tuần hồn và các bộ lọc ngăn khơng cho các hạt tạp bám vào tấm. Do nồng độ hĩa học giảm cùng quá trình khắc mịn tấm, nĩ cần được tái tạo thường xuyên.
Lifting device
Hình 3.13. Khắc mịn từng mẻ Tốc độ khắc mịn, hay lượng mài mịn 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 mịn tăng cùng
với nhiệt độ.
Tay địn cĩ thể dịch chuyển tấm theo chiều ngang và đứng. Sau khi tấm được khắc mịn, quá trình khắc mịn được dừng lại nhờ thanh lọc với nước ừong bể tách riêng. Tiếp theo tấm được làm khơ nhờ máy quay khơ (spin- dryer).
Ưu điểm của khắc mịn mẻ là năng suất cao và cấu trúc đơn giản của cơng cụ khắc mịn. Tuy nhiên, độ đồng đều là thấp.
c) Khắc Mịn Phun (Spray Etching)
Khắc mịn phun tương đương với sự rửa tráng phun trong kỹ thuật in lito. Do mẫu quay cùng với việc tái tạo ổn định hĩa học khắc mịn mà độ đồng đều rất cao. Bọt khơng thể xuất hiện do tốc độ quay cao, song mỗi tấm được xử lí tách riêng.
Wafer in carrier
Ỵ...1...Ỵ
Như là sự thay thế xử lí tấm đơn lẻ khắc mịn phun cĩ thể thực hiện cho nhiều tấm đồng thời Trong máy khắc mịn quay các tấm được gắn quanh đầu phun và quay đồng tâm. Sau đĩ các tấm được làm khơ trong mơi trường nitơ nĩng.
Wafer in carrier
Spray bars
Rotating drum
Hình 3.14.Khắc mịn phun Như là sự thay thế cho ngâm tấm, máy tấm đơn dùng nguyên lí Bernoulli (cho dịng chảy chất lưu mà hệ quả là với dịng chảy nằm ngang khi vận tốc của chất lưu tăng lên thì áp suất của nĩ giảm xuống) để khí (thường là nỉtơ sạch) làm lớp đệm và bảo vệ một mặt của tấm trong khỉ chất khắc mịn tác động vào mặt kia. Điều đĩ cĩ thể thực hiện cho cả hai mặt trước sau. Hĩa học khắc mịn xảy ra ở mặt trên cịn mặt dưới khơng bị ảnh hưởng. Phương pháp khắc mịn này đặc biệt hiệu quả ừong các cơng đoạn mà tấm đã mỏng đi nhiều và rất nhạy với ứng suất nhiệt hay cơ.
Bảng 3.4: Vật liệu cần khắc mịn và hĩa chắt khắc mịn ướt tương ứng V ậ t l i ệ u c ầ n k h ắ c m ị n C h ấ t k h ắ c m ị 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