原创 基于金属辅助化学蚀刻的硅深蚀刻

引言

硅微加工是一种通过深蚀刻在硅衬底上制造各种微或纳米结构的技术。一般来说，硅微加工可以分为两类。第一类是干法蚀刻法。在大多数实践中，深反应离子蚀刻法（DRIE）用于在硅衬底上制造高长径比结构。该方法具有蚀刻速率快、蚀刻轮廓干净的优点。然而，缺点是钻井设备成本高和工艺后形成残留膜。第二类是在液体蚀刻剂中进行的湿式蚀刻。与干蚀刻相比，湿蚀刻工艺成本较低，但蚀刻速率相对较慢，特定湿蚀刻工艺产生的蚀刻轮廓存在局限性。

实验与讨论

在这项工作中，我们在一个具有光刻模式的硅片上进行了MACE工艺。网格图案的掩模设计如图1所示。这个掩模被用来通过起飞过程在硅片上创建一个金属图案。设计看起来像一个蜂窝，直径六边形60 μm，每个六边形之间的空间是12μm。在剥离过程中，将光刻胶旋转涂在硅片上，并使用掩模进行图案化，在紫外线照射和发展后，通过浸泡在缓冲氧化物浸蚀剂（BOE）中清洗图案硅。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图1：(a)金属图案的掩模设计，(b)大孔制造原理图

为了将MACE工艺应用于Si微加工，应促进蚀刻材料在金属/Si界面上的传质，如上所述。在大多数MACE工艺中常用的相对较厚的20nm或较厚的金属层中，只有平面内传质，因此传质不可避免地受到限制。

在本研究中，使用超薄金属层（5−10nm）促进平面外传质，使微图案的整个区域均匀蚀刻。图2显示了与超薄的Ag薄膜的MACE结果。银是MACE中应用最广泛的金属材料之一。在超薄Ag薄膜的情况下，薄膜由未连接的纳米颗粒组成，当进行MACE过程时，这些纳米颗粒似乎穿透硅衬底并形成多孔层。此外，大量的银本身可能会被腐蚀。Ag的标准电位（E°）为0.80 V；因此，Ag很容易被氧化剂过氧化氢（E°= 1.76V）氧化和溶解。单银薄膜以前曾用于纳米结构制造，但不适用于硅微结构的深蚀刻。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图2：(a)MACE的顶视图和(b)横截面来自Si/5 nm Ag，蚀刻时间为90 min

结论

英思特成功开发了一种基于金属辅助化学蚀刻的硅微图案深蚀刻方法，这是普通的MACE工艺无法实现的。在这种深度的MACE中，关键的改进是利用超薄金属薄膜促进金属/硅界面的平面外传质。此外，英思特研究还发现，当用乙醇作为溶剂代替水时，多孔缺陷的形成受到了抑制。在这些优化的深蚀刻条件下，非常深的（>200 μm）和垂直的（>85°）孔可以以快速的蚀刻速率（>0.4 μm/min）进行蚀刻。使用这种新的深度MACE工艺，MEMS设备或生物传感器所需的各种结构将以非常低的成本和大规模制造。

江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。