具高壓暨高溫控制之快速溼式矽蝕刻設備與製程開發

Abstract

非等向性濕式矽蝕刻製程是體型矽微加工關鍵技術之一，而其技術發展重點在於如何提升蝕刻面的蝕刻速率與表面粗糙度。改善上述的蝕刻特性有許多方法，其中傳統的磁石攪拌方式無法均勻地改善蝕刻速率與蝕刻粗糙度，而超音波震盪的方式雖可改善蝕刻表面粗糙度，但蝕刻速率改善的幅度卻不大，亦不適用於製作薄膜微結構。因此，為改善以上機械攪拌式的缺點，本計畫利用高壓的環境提升蝕刻液的沸點，產生較高溫蝕刻條件的方式，來進行快速非等向性濕式矽蝕刻，其中利用壓力輔助機制，可降低蝕刻面的表面張力，並增加蝕刻液的氣體溶解度。將使氫氣泡附著現象得到有效解決，並增加蝕刻液的質傳效果，可降低蝕刻表面的粗糙度並大幅度地提升蝕刻速率。在應用方面，使用壓力輔助蝕刻機制，結合快速的蝕刻速率、良好的表面粗糙度與非機械式攪拌方式等特性，用於製作各式薄膜微結構，達到大幅降低製程時間，並增加製作薄膜微結構之良率。本計畫利用高溫暨高壓輔助蝕刻機制，分別在30 wt. % KOH與10 wt. % TMAH蝕刻液中，輔助壓力的範圍為1 - 40 Kg/cm2，而蝕刻溫度的範圍為60 - 200 °C等實驗條件下，對表面粗糙度與蝕刻速率兩方面，分別得到顯著的優化。由上述可知，利用高溫暨高壓輔助蝕刻濕式矽蝕刻系統，可大幅度地改善矽蝕刻特性。