1 國立中興大學(xué)物理研究所 碩士論文 指導(dǎo)教授：孫允武博士 硅鍺微小結(jié)構(gòu)的制作 究生：郭佳璋 中 華 民 國 九 十 二 年 七 月 二 十 九 日 2 摘要 : 我們使用黃光微影配合電子束微影制程，在硅鍺異質(zhì)接面樣品上制作微小通道元件。因?yàn)槲覀兪褂玫臉悠分杏信穑?摻雜層，在蝕刻上需要用較強(qiáng)的蝕刻配方，造成無論是濕式蝕刻或者干式蝕刻，電子束微影的光阻都無法抵擋，于是我們使用金來當(dāng)作阻擋層，用干蝕刻與濕 蝕刻方式蝕刻出微小通道。以濕式及干式兩種蝕刻互相配合，我們成功地做出寬度小于 2 m 通道的硅鍺微小結(jié)構(gòu)。 我們也對(duì)元件做了一些基本的電性量測(cè)包括室溫與低溫（ 11K）歐姆接點(diǎn)間的 系，以及低溫（ 11K）下外加偏壓的 系與樣品的漏電流情形。經(jīng)量測(cè)結(jié)果可知： (1)歐姆接點(diǎn)間的電阻，在室溫最低可到 5k，在低溫（ 11K）最低可到 80 k。 (2) 編號(hào) 質(zhì)結(jié)構(gòu)樣品因?yàn)榕鸬闹負(fù)诫s關(guān)系，產(chǎn)生了漏電流情形，并使得外加偏壓的效果不夠彰顯。 3 is of a i/a We to of we to a to do we to a i as We a a 2 m We of -V at 1K of of we (1) k at 0k 1K. (2) on i/492 a to 4 致謝 在這兩年的研究生活里，首先我要感謝我的指導(dǎo)老師孫允武教授，謝謝您這兩年對(duì)我的涵心教誨與指導(dǎo)。另外，我還要感謝彰化師范大學(xué)吳仲卿教授與臺(tái)大凝態(tài)中心鄭鴻祥教授，謝謝教授們提供的貴重儀器與珍貴樣品，使我的研究能順利進(jìn)行。我還要感謝學(xué)長、學(xué)姊、同學(xué)與學(xué)弟妹們：謝文興、李良箴、施冠州、游明峰、丘敏政、曾士源、楊士寬、張紓語，謝謝你們?cè)趯?shí)驗(yàn)上提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)與適時(shí)的幫助。 最后我要感謝爸爸、媽媽、如芳、美伶，在我求學(xué)中對(duì)我的體諒、支持與鼓勵(lì)；臺(tái)中的四叔、四嬸對(duì)我在臺(tái)中六年來的照顧和協(xié)助；以及女友：湘萍在精 神上給于我最大的勉勵(lì)。謝謝你們。 5 目錄： 中文摘要 . I 英文摘要 . 謝 . 錄 . 表索引 . 一章 簡(jiǎn)介 . . 1 鍺材料的介紹 . 1 子束微影術(shù)的介紹 . 3 第二章 硅鍺 (小結(jié)構(gòu)之制作 . 8 品介紹 . 8 刻技術(shù) . 11 蝕刻 . 11 蝕 刻 . 16 鍺 (小結(jié)構(gòu)之制作程序與方法 . 27 光微影術(shù)上的制程 . . 27 子束微影術(shù)上的制程 . 31 第三章 硅鍺 (小結(jié)構(gòu)之基本測(cè)量 41 第四章 結(jié)論與未來工作建議 . 54 6 參考資料 . . 55 7 圖表索引 : 圖 硅鍺（ 接能硅與溫度相依關(guān)系圖。 5 圖 經(jīng)由吸收光譜（ 角形所標(biāo)示）與螢光光譜 （ 正方形所標(biāo)示）量測(cè)所決定的硅鍺 混合物（ 隙圖。 .圖 編號(hào) .圖 電洞密度（ n）與移動(dòng)率（ ）隨溫度變化的關(guān)系圖。 10 圖 半導(dǎo)體與化學(xué)蝕刻溶液鄰接介面示意圖。 17 圖 硅的等蝕刻曲線 H F： 。 17 圖 晶向面 111以一個(gè) 懸浮鍵 ( 氫氧根離子 (反應(yīng)圖。 18 圖 晶向面 100以二 個(gè) 懸浮鍵 ( 氫氧根離子 (反應(yīng)圖。 .圖 號(hào) 構(gòu)圖。 18 圖 量的光阻 (度。 .33 圖 實(shí)驗(yàn)室自制的 1533 圖 臺(tái)大電機(jī)所謝文興同學(xué)設(shè)計(jì) )。 圖 光阻 ( 放大 100 倍后的實(shí)際圖案， 以實(shí)驗(yàn)室自制的 15W 紫外光燈曝光箱所制作。 圖 以 9%) ： 60%) ： =1： 6： 2 (重量百分比 )對(duì)樣品（ 行 3 秒鐘的蝕刻，得到蝕 刻深度約 1800 。 . 8 圖 蝕刻后，去光阻之 放大 100倍后的實(shí)際圖案。 35 圖 意圖 (臺(tái)大電機(jī)所謝文興同學(xué)設(shè)計(jì) )。 35 圖 意圖 (臺(tái)大電機(jī)所謝文興同學(xué)設(shè)計(jì) )。 36 圖 樣品制作至 .圖 以 電腦輔助繪圖軟體 T 2000，繪出所要制作的 .圖 以膠卷制作的光罩，對(duì)微 小通道部分進(jìn)行開洞，箭頭所指示 的地方為曝光處。 .圖 以蝕刻液 9%)： 60%) ： 1： 6： 2(重量百分比 )對(duì)微小通道部分 進(jìn)行 3 秒鐘的蝕刻， 得到蝕刻深度 16001900。 .38 圖 活性離子蝕刻機(jī) (通入氣體量比例 = 72： 9 （ 并進(jìn)行 30 分鐘的蝕刻，得到蝕刻深度 1400。 .圖 品 小結(jié)構(gòu)。 .圖 量系統(tǒng)示意圖。 .圖 492 1，以濕式蝕刻制作。 .圖 492 2，以干式蝕刻制作。 圖 低溫 (11K)時(shí)， 492歐姆接點(diǎn) ( 間的電流 (I)V)圖，由圖可知電阻值的變化范圍 1105044 圖 低溫 11K 時(shí)， 492 7 與 、 4、 5、 6 間的電流 ( I ) V ) 圖 。 45 9 圖 在 2、 7 分別加上正偏壓 0V、 2V、 ，測(cè)量歐姆接點(diǎn) 1、 4 間所得之 ，由 492得。 46 圖 圖 的斜率（ 外加正偏壓（ 之關(guān)系圖。 .47 圖 圖 I) 與外加正偏壓（ 關(guān)系圖。 .48 圖 室溫（ 298K）時(shí)， 492歐姆接點(diǎn) ( 間的電流 (I)V)圖。 49 圖 低溫 11K 時(shí)， 492歐姆接點(diǎn)（ 間的電流（ I） V）圖。 .圖 在 分別加上正偏壓 0V、 4V 后，測(cè)量歐姆接點(diǎn) 7、 5 所得之 ，由 492得。 圖 圖 的斜率（ 外加正偏壓（ 之關(guān)系圖。 .圖 圖 I) 與外加正偏壓（ 關(guān)系圖。 .表 不同混合比例之硅鍺化合物的密度、晶格參數(shù)，以及晶格參數(shù) 與 s ） 值。 .7 表 不同濃度（ ）、溫度的 蝕刻液之蝕刻速率 測(cè)試 結(jié)果及 蝕刻液破壞的情形。 .19 表 比較表 表 溶液，在不同濃度、不同溫度下的 蝕刻率。 .21 10 表 此表為依據(jù)（ ，設(shè)定 4500 m/h (， 刻液隨濃度、溫度變化對(duì)晶向 100 硅的蝕刻速率 m/h表。 .22 表 此表為依據(jù)（ ，設(shè)定 480 m/h (， 刻液隨濃度、溫度變化對(duì)晶向 110 硅的蝕刻速率 m/h表。 .23 表 此表為依據(jù)（ ，設(shè)定 480 m/h (， 刻液 隨濃度、溫度變化對(duì)二氧化硅的蝕 刻速率 m/h表。 .24 表 有關(guān)光阻對(duì)于蝕刻液的抵擋能力測(cè)試果。 .25 表 一些超大型積體電路，在干蝕刻上常用的氣體。 26 11 第一章 簡(jiǎn)介 硅與鍺在化學(xué)上可組成穩(wěn)定的混合物，簡(jiǎn)單的表示為 鍺）， x 為鍺的成分百分比。硅與鍺之晶格常數(shù)大約有 4%的差異性（鍺有較大的晶格常數(shù)），因此，硅化鍺薄膜在硅上成長 時(shí)有壓縮應(yīng)變（ 存在，而壓縮應(yīng)變的產(chǎn)生會(huì)有效的使得導(dǎo)電帶（ 價(jià)電帶（ 之狀態(tài)密度（ of 小，并導(dǎo)致載子移動(dòng)率的增加 1。 晶格常數(shù)較大者，因?yàn)樵娱g的距離較大，原子能階的互斥性小，因而能隙也較低，鍺的晶格常數(shù)大，鍺之能隙（ 的能隙為 鍺導(dǎo)入硅中時(shí)，因?yàn)殒N擁有較低的能隙，而會(huì)使硅鍺之能隙比硅小，最后，硅鍺的能隙會(huì)因?yàn)?1%鍺含量的摻入而降 低 。 硅鍺由于鍺的影響，具有高移動(dòng)率，展現(xiàn)了高頻的特性。雖然如此，硅鍺的移動(dòng)率仍不及砷化鎵，但是硅鍺有著可與成熟硅制程技術(shù)整合的優(yōu)勢(shì)及降低成本之利益而被蓬勃發(fā)展。例如：以組合 成的 件，在射頻 C 零件組中產(chǎn)值最大的收發(fā)器（ ，已成為工業(yè)生產(chǎn)的主力。 在本研究里，即以硅 鍺為材料，運(yùn)用了黃光微影制程與電子束微影制程，再加上蝕刻技術(shù)，成功的制作出硅鍺的微小結(jié)構(gòu)，而且以基本的電性量測(cè)，觀測(cè)樣品編號(hào) 硅鍺的漏電流狀況，與外加偏壓后的影響情形。 對(duì)于硅鍺材料以及電子束為影的介紹，以下兩小節(jié)將分別對(duì)其做說明。 鍺材料的介紹 雖然硅鍺材料在電子元件上已有很多的運(yùn)用及開發(fā)，但對(duì)于局部性的硅鍺原子排列方式，例如：鍵結(jié)長度（ 鍵結(jié)角度（ 仍是有爭(zhēng)議的議題。有關(guān)硅鍺 “ 合 材料的密度（ 晶格參數(shù) 12 （ 在 1964 年， 溫度 25量測(cè)了許多不同混合比例之硅鍺化合物的密度與晶格參數(shù)值，如表 示。表 顯示了硅鍺化合物晶格參數(shù)（ a， ）與混合成分百分比之關(guān)系，跟 s 格參數(shù)與混合成分百分比成線性關(guān)系）比較將有偏差 。 定義如下： a（ a（ a（ a（ x . （ a（ 示硅鍺化合物的晶格參數(shù)， a（ 示硅的晶格參 數(shù)， a（ 示鍺的晶格參數(shù)， x 表示鍺的成分百分比 23。這個(gè)偏差也在最近中，于硅 100基板迭加上硅鍺層，用 射與拉塞福背向散射（ 析中證實(shí)了，并且相關(guān)的理論（ 同時(shí)被找到。在高解析度的射下，可用模擬軟體得到適合硅鍺晶格參數(shù)的立方近似 3： a（ a（ a（ 1 x） （ 由硅與 鍺兩者化合而成的硅鍺混合物會(huì)隨著混合比例的變化而有不同的能隙寬，因此，也會(huì)有不同的光學(xué)特性。硅鍺混合物（ 間接能隙（ 鍺成分含量和溫度的相依關(guān)系，首先由 吸收光譜量測(cè)得到。能隙的決定是以低吸收層級(jí)的吸收數(shù)據(jù)，比對(duì)符合的 3 4。有關(guān)非應(yīng)力硅鍺（ ，有關(guān)非應(yīng)力硅鍺（ 間接能隙與鍺成分百分比 x，在溫度 見圖 5。 螢光光譜（ 相同的，也在 得了能隙與成分百分比 x 關(guān)系圖（圖 在圖 ，以吸收光譜量測(cè)所得到的數(shù)值吻合了 分析方式 36，而以螢光光譜（ 測(cè)所得到的數(shù)值可以用方程式（ （ 近似，且在 x ，會(huì)有個(gè)從硅最小的 鍺最小的 交會(huì)點(diǎn) 3 5。 ） （ x） =（ x （ L） （ x） =（ x 1 （ 13 具有應(yīng)力之間接能隙的硅鍺混合物，會(huì)出現(xiàn)在當(dāng)有假晶格（ 加在硅基板上時(shí)。 人對(duì)于有關(guān)具有應(yīng)力之硅鍺混合物的實(shí)驗(yàn)、分析與能隙近似等等均有較深入的研究和探 討 3。 應(yīng)力產(chǎn)生的原因是：硅與硅鍺界面間有 4%的晶格常數(shù)不匹配（ 硅鍺可成功的在硅上迭加成為假晶格，其中，硅鍺有一個(gè)與應(yīng)力相關(guān)的臨界厚度克服，大于這臨界厚度后，可使系統(tǒng)處于亞穩(wěn)態(tài)（ 因此，硅鍺假晶格形成的機(jī)會(huì)才會(huì)高。隨著鍺成分比例的增加，所需的臨界厚度 3?？墒?i 迭晶格趨于亞穩(wěn)態(tài)（ 相依條件還有：減少晶格成長的溫度、增加長晶速度、減少應(yīng)力（較小尺寸的碳 原子加入硅鍺中可減小應(yīng)力） 等等。 子束微影術(shù)的介紹 隨著半導(dǎo)體積體電路的快速發(fā)展，微影技術(shù)所要求的尺度越來越小，因此，傳統(tǒng)微影制程光學(xué)曝光機(jī)： 進(jìn)機(jī)，在半導(dǎo)體制程上已無法再滿足需求。以 例，其解析度大致在 米間。之后陸續(xù)有波長為248 奈米之氟化氪 (分子雷射（解析度約 米）、 193 奈米之氟化氬 (射（解析度約在 米）、以及可能成為末代光學(xué)之 157 奈米之氟 (射（解析度約在 米）的現(xiàn)出 7。 光學(xué)微影術(shù)由于在光學(xué)極限的限制下，對(duì)于次微米或更小線寬的制作已受到很大阻礙。電子束微影術(shù)因?yàn)椴粫?huì)有光學(xué)繞射問題，因此，適合于次微米或奈米尺度上的圖案轉(zhuǎn)移。電子束微影術(shù)主要是以熱放射陰極管或單晶硼化鑭（ 做成之電子槍，加上電流產(chǎn)生電子束，在涂上電子光阻的樣品上進(jìn)行曝光。 一般常用的電子光阻劑為 聚甲基丙烯酸甲酯 ，簡(jiǎn)稱 一種高分子聚合物，與電子反應(yīng)后，會(huì)造成化學(xué)鍵的斷裂， 14 形成較小分子聚合物 ，減少分子量，而溶于可侵蝕低分子量物質(zhì)的顯影液中，即 合液 8。 雖然電子束微影術(shù)沒有光繞射的限制，但其解析度卻會(huì)受電子散射（ 響，即所謂的近距效應(yīng)（ 當(dāng)電子穿過光阻膜與次層基底產(chǎn)生碰撞時(shí)，行進(jìn)路徑與電子能量會(huì)改變，因此，由基底反射出來的電子將會(huì)散開，再次影響光阻，直至電子能量消失或離開光阻。電子束微影術(shù)雖然無法在工業(yè)上成為量產(chǎn)的工 具，但是，卻是微小結(jié)構(gòu)科技研究上，不可缺少的重要利器之一。 15 圖 鍺（ 接能硅與溫度相依關(guān)系圖 3。 16 圖 經(jīng)由吸收光譜（ 角形所標(biāo)示）與螢光光譜（ 正方形所標(biāo)示）量測(cè)所決定的硅鍺 混合物（ 隙 3。 Ge x 17 表 不同混合比例之硅鍺化合物的密度、晶格參數(shù)，以及 晶格參數(shù)與 s ） 值 2。 x， Ge d（ g/a（ ， 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 00 18 第二章 硅鍺微小結(jié)構(gòu)之制作 本章主要分三個(gè)小節(jié)描述 。 第一小節(jié)為樣品的介紹 ，此節(jié)里說明了樣品的磊晶結(jié)構(gòu)與樣品在溫度變化范圍 11電洞密度與移動(dòng)率對(duì)溫度變化之關(guān)系。 第二小節(jié)為蝕刻技術(shù) ， 包含了蝕刻的基本概念、蝕刻液的特性以及對(duì)光阻 蝕刻抵擋能力測(cè)試報(bào)告 。 第三小節(jié)為硅鍺（ 小結(jié)構(gòu)之詳細(xì)制作程序與方法，包括了黃光微影制程與電子束微影制程兩部份 。 品介紹 硅鍺 微小結(jié)構(gòu)之制作所用的 i 異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)是由臺(tái)大凝態(tài)中心鄭鴻祥博士所提供， 樣品是由 晶而成，樣品編號(hào) 結(jié)構(gòu)摻雜兩層硼 (在樣品最上層的硼摻雜主要功能是將樣品表面的電洞屏避，第二層的硼摻雜則是提供主要二維載子系統(tǒng)之載子。而在基板 (方的 5 個(gè)周期 晶格 (則是要防止雜質(zhì)擴(kuò)散到主要的二維載子系統(tǒng)。 編號(hào) i 異質(zhì)接面之結(jié)構(gòu)圖如圖 示。 圖 在溫度變化范圍 11電洞密度與移動(dòng)率對(duì)溫度變化之關(guān)系圖。這個(gè)數(shù)據(jù)是針對(duì)一具 案之樣品，外 加垂直變化磁場(chǎng)（ 0經(jīng)變溫霍爾效應(yīng)量測(cè)所得。圖中可以看到低溫時(shí)，移動(dòng)率則保持在 4s。很明顯地，移動(dòng)率并不會(huì)隨溫度下降而下降，這是典型調(diào)變摻雜結(jié)構(gòu)的行為。 19 圖 號(hào) 品之結(jié)構(gòu)圖。 80 80 160 160 140 1000 70 40 1000 20 圖 電洞密度（ n）與移動(dòng)率（ ）隨溫度變化的關(guān)系圖。 21 刻技術(shù) 本小節(jié)主要分成兩部份來說明，第一部份為濕蝕刻 (第二部份為干蝕刻 (半導(dǎo)體制程在物質(zhì)材料上的去除方式也常以這兩種方法為基礎(chǔ)。蝕刻劑與反應(yīng)物的選擇，蝕刻液與反應(yīng)氣體比列的調(diào)配，阻擋層的選取，溫度的控制 . 等等都是蝕刻的掌控要點(diǎn)。濕蝕刻的使用通常比較方便，而且在耗費(fèi)上也比干蝕刻少，如果制作上的尺寸不大時(shí)，濕蝕刻將是極有效益的方法。 蝕刻 (濕式化學(xué)蝕刻在半導(dǎo)體制程上的運(yùn)用相當(dāng)廣泛，尤其對(duì)于很多分立元件或較大尺寸 ( 3m)的積體電路，都常會(huì)用化學(xué)蝕刻液來顯現(xiàn)圖案。濕式化學(xué)蝕刻的反應(yīng)機(jī)構(gòu)主要有三個(gè)步驟： (1)反應(yīng)物傳輸 至反應(yīng)表面 (以擴(kuò)散方式 )； (2)于表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； (3)產(chǎn)物以擴(kuò)散方式從表面離開（參考圖 8。 溶液的攪拌可促使反應(yīng)增快，因?yàn)閿嚢?(or 使停滯的溶液驅(qū)離而補(bǔ)給新溶液。另外影響濕式蝕刻的問題還有溫度的變化，溶液的 液因揮發(fā)而使?jié)舛雀淖?，反?yīng)時(shí)氣泡產(chǎn)物的產(chǎn)生，甚至連一些適當(dāng)波長的光線，都可能使電荷增加，加快接面的反應(yīng)速率。其中反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的氣泡會(huì)使蝕刻速度改變，造成不均勻的蝕刻表面與非預(yù)期的表面損壞（參考表 攪動(dòng)溶液會(huì)是個(gè)減輕此傷 害的好方法。 濕式化學(xué)蝕刻有兩個(gè)基本的限制機(jī)制 (擴(kuò)散控制(反應(yīng)速率限制 (對(duì)擴(kuò)散控制而言，假如液體里頭的擴(kuò)散常數(shù) ( 10常物質(zhì)的傳輸(限制蝕刻的速度，基板與溶液表面的反應(yīng)速率比擴(kuò)散限制溶劑在擴(kuò)散邊界 (留時(shí)間短幾個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，擴(kuò)散控制是個(gè)主導(dǎo)原因；而倘若物質(zhì)的傳輸 (較反應(yīng)速率大時(shí)，反應(yīng)速率限制(是蝕刻速率的主導(dǎo)原因 9。 關(guān)于濕式蝕刻的化學(xué)溶劑上，一般非純物質(zhì)。通常只有醋酸 (純 22 物質(zhì)，硫酸 (近純物質(zhì) (96%)，其它酸類會(huì)因很多原因而使?jié)舛茸兊汀＠缌姿?(在室溫其實(shí)它是一溶解的固體，當(dāng)濃度超過 85%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粘稠性強(qiáng)的聚磷酸 (純氫氟酸 (點(diǎn)為 當(dāng)濃度降為 49%時(shí)可減低其蒸氣壓，增加使用者的安全性。硝酸(室溫溫度范圍為液體 (濃度超過 70%時(shí)會(huì)有分解現(xiàn)象等等10。 在這里濕式化學(xué)蝕刻分成三部份來探討：第一部份為等向蝕刻，第二部份為非等向性蝕刻，第三部份為金屬 (鋁和鈦 )與阻擋層 (蝕刻。 一 . 等向性 (刻 等向性蝕刻對(duì)晶格方向的選擇性極差，就硅材料而言， F、 分別于 1959、 1960、 1976年提出了研究結(jié)果 111213。以 要的運(yùn)作過程如下：先產(chǎn)生氧化反應(yīng)，而后溶解氧化物，再帶走氧化物的反復(fù)動(dòng)作 (當(dāng)組成溶液中 HF(應(yīng)受限制時(shí)，溶解生成氧化物的物質(zhì) HF(其擴(kuò)散情形將成為一 個(gè)速率控制的重要因子；相同的，如果溶液中有超額HF(則具有氧化能力的 就成為一個(gè)速率控制的重要因子?？蓞⒖?配制出適用硅的蝕刻液。盛裝含有 材料制成 ，不可使用含有玻璃 (質(zhì)之容器，因?yàn)椴Ａ?huì)和 10。 23 二 . 非等向性 (刻 非等向性蝕刻的蝕刻行為對(duì)晶格面的選擇性很相關(guān)，目前主要硅晶體非等向性蝕刻液常用的有 首先就 言，比起其它晶面 100和 110，其對(duì)高鍵結(jié)密度 (晶向面111有較慢的蝕刻速率。晶向面 111蝕刻速率比晶面 100慢的主要原因是：晶向面 111之 一個(gè)原子可與晶面內(nèi)部原子產(chǎn)生三個(gè)共價(jià)鍵結(jié)及一個(gè)裸露在晶格面外的懸浮鍵 (但是晶向面 100的 每一個(gè)原子只可與晶面內(nèi)部原子產(chǎn)生兩個(gè)共價(jià)鍵結(jié)，留下兩個(gè)懸浮鍵。懸浮鍵于蝕刻反應(yīng)時(shí)可與蝕刻液中的氫氧根離子 (結(jié)，當(dāng)單位面積上懸浮鍵的多寡，將會(huì)直接影響表面化學(xué)反應(yīng)的快慢，當(dāng)單位面積上懸浮鍵越多反應(yīng)也越 快（參考圖 如果以晶格面內(nèi)部之共價(jià)鍵來討論，共價(jià)鍵結(jié)越多則所需要破壞鍵結(jié)的能量也就越大。 晶向面 111與晶面內(nèi)部原子有三個(gè)共價(jià)鍵結(jié)，所以蝕刻反應(yīng)的速率相對(duì)的也會(huì)比較慢 (不幸地， 高鍵結(jié)密度所形成低蝕刻速率的理由并不能推展到解釋晶面100與 110的 蝕刻速率比值 )。 10141516。 出了 16： 2 2 H) 22- + 2H2(g) 時(shí)會(huì)添加于 然這會(huì)減少蝕刻速率，但對(duì)于增加均勻度有改善的效果。而其中的主要原因是， 與反應(yīng) 17。 0時(shí) 110： 100： 111的蝕刻速率比為 160： 100：1，而在 100時(shí)降為 50： 30： 116。有關(guān) 反應(yīng)速率的相依性， 1618。 減少表面的電子 ，也因此，蝕刻速率在硼 (子摻雜超過 2以濃度的四次冪速率快速減慢 10。 24 表 利用蝕刻速率公式（ R = （ 并以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，找出符合的 R = 16。 這里我們比較一下非等向性蝕刻液 氧化四甲銨 ( 。 且操作溫度甚高 ( 100o)14，但在高濃度的硼摻雜上， 于硼參雜濃度與 100硅晶面蝕刻速率的相關(guān)性 N. F. 18 。針對(duì) 100面的硅蝕刻速度而言， 在蝕刻后底面的平坦度來說 等向性蝕刻液的重要焦點(diǎn)，在小于 130的溫度下， 氫氧化四甲銨， ( 并不會(huì)進(jìn)行分解，因而沒有毒性，優(yōu)于 像 污染閘極，而不具積體電路制成上的相容性，并且也不會(huì)對(duì)摻雜少量鋁之硅晶圓，對(duì)鋁進(jìn)行破壞 10。文獻(xiàn)中指出不含堿金屬的氫氧化銨 (取代 氧化銨水溶液，溫度在 85，可得到對(duì) 100硅晶面的蝕刻速率 m /m/19，不過氫 氧化銨在加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒的氨氣，所以仍舊沒有比 1415。有關(guān)于 濃度、溫度、晶格面與蝕刻速率等等之比較關(guān)系 )可參考 0。就對(duì)濃度而言， 25 0。 約都在 0。21。 25 三 . 金屬 (鋁和鈦 )與阻擋層 (蝕刻 積體電路制成上常用來當(dāng)作阻擋層的材料，一般 稱 蝕刻液。 5： 1 000 /0， 5： 1 指的是 40的 9的 5%磷酸( 85% 指重量百分比，以水稀 釋 )，在 160的蝕刻速率約 2010。 、氧氣、鈉皆不會(huì)從中滲入。 10 /若要消除 1200 的般的光阻無法承受。所以 22。在金屬方面，鋁 (用光阻當(dāng)遮罩，蝕刻液 5)：0)： 16： 1： 1： 2來進(jìn)行蝕刻，在 50下蝕刻 速率約 6600 /0。單純的 5)也一樣對(duì)鋁有蝕刻能力 10。鈦(也可用光阻當(dāng)遮罩，以蝕刻液 9 )： 30 ) = 20： 1： 1 來進(jìn)行蝕刻，在室溫下蝕刻速率約 8800 /0。 有關(guān)光阻對(duì)于蝕刻液的抵擋能力測(cè)試結(jié)果列于 表 抵抗 1：6： 2 光阻 過 抵擋時(shí)間 只限于 3秒鐘以內(nèi)，假如在 3秒鐘內(nèi)無法到達(dá)要求的蝕刻深度，則須尋找另一途徑，例如使 用干蝕刻。對(duì) 6%關(guān)以 不同濃度（ ）與溫度的 試，可參照表 關(guān)不同濃度（ ）、溫度的 蝕刻液之蝕刻速率 測(cè)試 結(jié)果及 后表 不同濃度、不同溫度下的蝕刻速率。發(fā)現(xiàn)測(cè)試后的蝕刻速率結(jié)果（ 表 約為表 且蝕刻停止表面極為不平坦。此結(jié)果印證了氣泡（蝕刻反應(yīng)中所產(chǎn)生的氣體）對(duì)蝕刻整體的影響 確實(shí)很大。 26 蝕刻 (干蝕刻與濕蝕刻最大的不同處在于干蝕刻有很高的異向性（ 但是選擇性（ 低。干蝕刻與電漿助長蝕刻（ 視為同義，因?yàn)樗嗉夹g(shù)都使用了低壓放電形式的電漿。而這些技術(shù)主要運(yùn)用在超大型積體電路（ 它的強(qiáng)大能力展現(xiàn)在高解析度的轉(zhuǎn)移遮罩圖案。 電漿助長蝕刻有幾種不同的形式。在離子蝕刻技術(shù)（ ，有濺鍍蝕 刻（ 單單只有以物理性質(zhì)的離子撞擊反應(yīng)。反應(yīng)技術(shù)（ ，包括電漿蝕刻（ 反應(yīng)離子蝕刻（ 反應(yīng)離子束蝕刻（ ，其反應(yīng)情形有兩個(gè)層面：（ 1）形成可揮發(fā)性或半揮發(fā)性成份的化學(xué)反應(yīng)；（ 2）物理效應(yīng)上的離子撞擊 23。 電漿是包含離子、電子、中性分子的部份或完全游離子氣體。在足刻夠大的電場(chǎng)加至氣體上時(shí)（電壓大于崩潰電 壓），氣體完全崩潰而游離形成電漿。電漿助長蝕刻制程包括五個(gè)步驟：（ 1）電漿中蝕刻反應(yīng)物的產(chǎn)生過程；（ 2）反應(yīng)劑利用擴(kuò)散穿過停滯的氣體層而達(dá)到表面；（ 3）反應(yīng)劑被表面所吸收；（ 4）因物理撞擊或化學(xué)反應(yīng)形成易揮發(fā)的化合物；（ 5）化合物脫離表面，被真空系統(tǒng)所抽走。只有濺射反應(yīng)，對(duì)蝕刻速率貢獻(xiàn)很小，加上離子助長（ 學(xué)反應(yīng)，才可使得蝕刻速率實(shí)質(zhì)上的增加。另外，氣體加入效應(yīng)（ 另一個(gè)決定蝕刻速率與選擇性的重要因素。一種氣體加入一種或多種額外氣體后，可調(diào)配組成理想的蝕刻速率、選擇性或兩者兼具 8。一些超大型積體電路，在干蝕刻上常用的氣體可見表 混合氣體 72： 9（ 刻 100片，硅晶片上層有 遮罩，測(cè)得 100刻速率 30 /刻速率 80 / 27 to 的等蝕刻曲線 H F： 2。 圖 導(dǎo)體與化學(xué)蝕刻溶液鄰接介面示意圖。 3 28 圖 號(hào) 構(gòu)圖。 300 1160 1