引言

器件材料需要具有耐化學(xué)性高、耐熱性高、電絕緣性高、生物相容性好、光學(xué)躍遷范圍大和光吸收低等有趣的特性。在微機(jī)電系統(tǒng)器件制造中，玻璃是僅次于硅的第二大廣泛使用的材料。本文的目的是尋找改進(jìn)用于玻璃蝕刻的濕法蝕刻技術(shù)的方法。本文分析了玻璃濕法刻蝕工藝的基本要素，如:玻璃成分的影響、刻蝕速率、掩膜層殘余應(yīng)力的影響、主要掩膜材料的表征、濕法刻蝕工藝產(chǎn)生的表面質(zhì)量。通過(guò)分析的結(jié)果，提出了一種改進(jìn)的玻璃深度濕法蝕刻技術(shù)。

玻璃刻蝕技術(shù)

玻璃蝕刻有三大類技術(shù):機(jī)械蝕刻、干蝕刻和濕法蝕刻。在所有可用的蝕刻工藝中，使用氫氟酸基溶液的濕法化學(xué)蝕刻仍然是低成本和有效的解決方案之一。掩蔽層取決于應(yīng)用和器件制造過(guò)程的“熱預(yù)算”。有三大類掩蔽材料:光致抗蝕劑、金屬和硅。光致抗蝕劑通常用作掩模層，但其應(yīng)用范圍有限(20-30米)。一種非常常用的掩模是鉻/金，其中鉻層用于提高金對(duì)玻璃的附著力。我們還報(bào)道了使用鉻/銅掩模濕法蝕刻耐熱玻璃。另一種非常常用于玻璃蝕刻的材料是硅，通過(guò)不同的方法沉積:PECVD非晶硅，LPCVD非晶，LPCVD多晶硅碳化硅或甚至陽(yáng)極鍵合體硅。

玻璃成分的影響

玻璃的濕式蝕刻主要是在HF基溶液中進(jìn)行的。由于成分的不同，蝕刻速率也有所不同。圖1給出了一個(gè)例子，可以觀察到，兩個(gè)玻璃的深度在時(shí)間上有拋物線變化。對(duì)這種效應(yīng)的解釋可以在玻璃成分中找到。一些氧化物，如氧化鈣、氧化鎂或氧化鋁，在高頻溶液中產(chǎn)生不溶性產(chǎn)物。這些不溶性產(chǎn)物沉積在生成的表面，并作為掩蔽層。結(jié)果，蝕刻后，表面變得粗糙，蝕刻速率減小。建議在低濃度氧化物產(chǎn)生心衰不溶性產(chǎn)物的玻璃上進(jìn)行濕式深蝕刻玻璃。

退火工藝對(duì)玻璃的刻蝕速率有很大的影響。每種玻璃都有其最佳退火點(diǎn)。派熱克斯玻璃晶片在N2環(huán)境中使用水平爐(泰斯塔)在560℃退火6小時(shí)。退火的影響也顯示在圖2中.注意到類似的變化，但是當(dāng)HF濃度從40%增加到49%時(shí)，蝕刻速率從9.1米/分鐘增加到14.3米/分鐘。我們可以得出結(jié)論，退火是一個(gè)重要的過(guò)程，不僅為了降低內(nèi)應(yīng)力，而且為了提高蝕刻速率。對(duì)這種現(xiàn)象的一種解釋是氧化物的再分布/集中。

結(jié)論

本文是玻璃濕法蝕刻的表征，主要集中在最常用的派熱克斯玻璃之一:康寧7740。在HF溶液中濕法蝕刻玻璃的主要元素可以總結(jié)為:

-玻璃成分中存在不溶于HF溶液的氧化物，如:CaO、MgO和Al2O3，對(duì)降低蝕刻速率(及時(shí))和產(chǎn)生粗糙表面有很大影響；

-HF溶液的濃度在蝕刻速率中起重要作用；

-玻璃的退火在濕法刻蝕過(guò)程中有很大的影響；

-不建議使用諸如將氟化氫溶液加熱到4050℃和使用超聲波進(jìn)行攪拌的方法，因?yàn)槭紫仁前踩?氟化氫氣體的量增加)，其次是降低了面罩的阻力。

-掩模層中的殘余應(yīng)力在缺陷產(chǎn)生中起重要作用。

-最好的結(jié)果是:用鉻/金(50納米/1微米)+光刻膠掩模蝕刻500微米厚的晶片。

如果在溶液中加入鹽酸，可以顯著改善濕法刻蝕過(guò)程中產(chǎn)生的表面。鹽酸的主要作用是除去不溶性產(chǎn)物。耐熱玻璃和鈉鈣玻璃的最佳比例為10:1。

審核編輯：符乾江