蝕刻速率的影響因素及解決方法

通常在蝕刻過(guò)程之后通過(guò)將總厚度變化除以蝕刻時(shí)間或者通過(guò)對(duì)不同的蝕刻時(shí)間進(jìn)行幾次厚度測(cè)量并使用斜率的“最佳擬合”來(lái)測(cè)量，當(dāng)懷疑蝕刻速率可能不隨時(shí)間呈線性或蝕刻開始可能有延遲時(shí)，這樣做有時(shí)可以實(shí)時(shí)測(cè)量蝕刻速率。

蝕刻速度應(yīng)與應(yīng)用相稱，需要非常淺的蝕刻的應(yīng)用應(yīng)該具有相對(duì)低的蝕刻速率以保持控制，相反對(duì)于具有非常深的特征的應(yīng)用，實(shí)際上蝕刻速率更快以避免冗長(zhǎng)的處理時(shí)間。重要的是要認(rèn)識(shí)到其他參數(shù)會(huì)影響蝕刻速率，例如開口面積的大小或結(jié)構(gòu)的縱橫比(特征寬度/特征深度)，當(dāng)調(diào)整蝕刻速率時(shí)，在均勻性、輪廓或選擇性之間也可能存在折衷，縱橫比也影響蝕刻速率，因?yàn)榭v橫比越大，蝕刻速率越慢。

蝕刻中的均勻性是對(duì)特定參數(shù)下整個(gè)晶片一致性的度量，通常，均勻性是指蝕刻速率，但它也可以指其他蝕刻后特征，如選擇性和輪廓，由于數(shù)據(jù)是測(cè)量值的集合，因此通常使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)確定數(shù)據(jù)的分布，通常將一致性稱為一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)西格瑪，另一種方法是使用公式((最大值-最小值)/2 x平均值)，必須記住識(shí)別由于箝位或其他邊緣效應(yīng)而應(yīng)排除度量的區(qū)域。

輪廓是指已經(jīng)被蝕刻的特征的輪廓或斜率，有些應(yīng)用需要垂直剖面，有些應(yīng)用需要傾斜剖面，當(dāng)開發(fā)一個(gè)規(guī)范時(shí)，概要文件經(jīng)常被作為要考慮的參數(shù)之一，輪廓控制是材料、工藝和掩模的函數(shù)。選擇性是兩個(gè)蝕刻速率之間的比率，通常是被蝕刻的材料和掩模之間的比率，通常，選擇性越大，掩模越垂直，就越容易蝕刻垂直輪廓，選擇性可以通過(guò)選擇遮罩進(jìn)行調(diào)整:硬遮罩或軟遮罩，軟指的是光致抗蝕劑掩模，而硬指的是金屬(例如鎳、鉻、鋁)或電介質(zhì)，例如氧化硅或氮化硅，調(diào)整選擇性的另一種方式是通過(guò)調(diào)整影響相對(duì)蝕刻速率的工藝。

溫度對(duì)大多數(shù)材料的影響是蝕刻速率的增加，雖然看起來(lái)選擇性會(huì)隨著溫度的升高而保持不變，但并不是所有材料的蝕刻速率都會(huì)以相同的比例增加，一個(gè)例子是InP:在較低溫度下，InP的蝕刻速率相對(duì)較慢，與氧化硅相當(dāng)，但是在高溫下，InP的蝕刻速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電介質(zhì)掩模的蝕刻速率，另一個(gè)例子是用氧化硅掩模蝕刻硅，在這種情況下，選擇性隨著溫度的升高而降低。

襯底溫度與所謂的“熱預(yù)算”相關(guān)，熱預(yù)算指的是樣品在加工過(guò)程中可以承受的高溫，例如，如果溫度過(guò)高，一些需要蝕刻的磁性材料可能會(huì)失去一些獨(dú)特的性能，光致抗蝕劑或臨時(shí)晶片結(jié)合材料可能會(huì)限制處理溫度。每個(gè)應(yīng)用都有特定的溫度要求，選擇能夠在您的溫度范圍內(nèi)準(zhǔn)確提供結(jié)果的設(shè)備是一個(gè)至關(guān)重要的考慮因素。

表面形態(tài)是指表面的微觀粗糙度，并非所有的應(yīng)用都要求表面具有原子級(jí)的光滑度，說(shuō)一個(gè)曲面光滑只是相對(duì)而言的，好在有計(jì)量學(xué)可以讓形態(tài)學(xué)定量化，原子力顯微鏡可以測(cè)量亞埃范圍內(nèi)的粗糙度(光滑度)，白光干涉測(cè)量法也用于觀察物體表面的細(xì)節(jié)，掃描電子顯微鏡圖像有時(shí)可以提供定量信息，但在比較表面時(shí)效果更好，側(cè)壁形態(tài)是許多光子器件如波導(dǎo)和邊發(fā)射激光器的相關(guān)度量，然而，通常難以量化蝕刻的影響并將其與初始掩模粗糙度分開。

還有實(shí)際測(cè)量損害的挑戰(zhàn)，簡(jiǎn)單地構(gòu)建一個(gè)設(shè)備并觀察到其性能不如預(yù)期是費(fèi)力的，并且可能令人沮喪，通常需要試驗(yàn)車輛和多種分析技術(shù)來(lái)明確識(shí)別損傷源，作為替代，建議對(duì)可能的損壞機(jī)制以及它們?nèi)绾斡绊懺O(shè)備有所了解，例如，具有鉸接結(jié)構(gòu)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置可能不會(huì)受到紫外線輻射產(chǎn)生的等離子體的影響，有時(shí)，通過(guò)表面分析計(jì)量(例如能量分散X射線分析)可以很容易地得到答案，而其他時(shí)候，通過(guò)襯底偏壓控制離子能量就可以得到答案，由于損傷的復(fù)雜性質(zhì)和發(fā)現(xiàn)其來(lái)源的困難度量，它很少作為一個(gè)規(guī)范包括在內(nèi)。

可重復(fù)性代表使用相同設(shè)備多次獲得相同結(jié)果的能力，類似于晶片內(nèi)的均勻性，可重復(fù)性指的是批次間的測(cè)量，與均勻度一樣，通常使用標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算或((最大–最小)/ (2 x平均值))表達(dá)式來(lái)定量定義該參數(shù)，它通常被稱為晶片間的一致性。

　　審核編輯：湯梓紅