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HF气相蚀刻机(VPE系列)

VPE由一个反应室和一个盖子组成。加热元件集成在盖子中。它控制要蚀刻的衬底的温度。晶圆夹持可以通过两种方式实现:通过使用夹持环机械地夹持晶圆。拧紧是从设备的背面进行的，该背面从不与氢氟酸蒸汽。3个螺母很容易用防护手套处理。另一种选择是静电箝位。单个芯片(长于10 mm)以及晶片可以被夹到加热元件上。保护晶片的背面不被蚀刻。

VPE100用一个电子卡盘(静电吸盘)。

液态HF被填充到反应室中。用盖子封闭反应室。HF蒸汽在室温下产生，蚀刻过程自发开始。蚀刻速率由晶圆温度控制，晶圆温度可在35°C至60°C之间调节。

处理后，酸可以储存在储器中，以便在可密封的容器中重复使用。通过用手柄降低连通储液器，可以简单地进行液体转移。由于重力的作用，酸流入储槽，可以通过两个阀门关闭。重新填充反应室是通过打开阀门和提起手柄来完成的。酸流入反应室。酸可以重复用于多次蚀刻，直到必须更换为止。VPE系统占地面积小，可以很容易地集成到现有的流量箱。

VPE有各种尺寸和一系列可选附件。在这里，我们展示了电子卡盘以及机械芯片夹紧解决方案(150毫米)。

温控反应室(牵引力控制系统（Traction Control System的缩写） )

二氧化硅的蚀刻速率随着反应室中液态HF的温度而略微变化。HF的温度取决于洁净室的环境温度。此外，HF在长时间的蚀刻过程中发热，这导致晶片与晶片之间的蚀刻速率增加，直到系统稳定。

为了稳定蚀刻速率，我们有一个装有温控液态HF的反应室。HF的温度可以用一个附加的控制器来调节。将HF酸加热到阈值温度以上允许在蚀刻过程中保持温度稳定。

VPE150-TRC用一个电子卡盘(静电吸盘)。

VPE150-TRC带有机械卡盘(装有完整的晶片)。

 

工艺:气相蚀刻

第一次实验汽相蚀刻是由霍姆斯&斯内尔在1966年进行的1].他们观察到，晶片上的二氧化硅以相当的蚀刻速率被蚀刻，即使晶片不在蚀刻浴中，但接近蚀刻浴。Helms & Deal证实水的作用是为表面的HF提供一种浓缩的溶剂介质。奥芬贝格以及其他人 [2]提出了两步反应，其中首先通过吸附水(H)形成硅烷醇基团来打开氧化物表面2o)。随后硅烷醇基团被HF攻击:

SiO2+ 2小时2O → Si(OH)4
硅(哦)4+ 4高频→ SiF4+ 4小时2O

这个化学方程式表明，水既是蚀刻过程的引发剂，也是反应物。这一事实表明，可以控制蚀刻过程的温度，以保持启动该过程所需的水量和反应物水量之间的平衡。在idonus的气相蚀刻机中，这种平衡是通过加热晶片实现的。晶片上的水膜在中等温度下蒸发。蚀刻速率随着温度的升高而降低，并在50°c以上的温度下完全停止。蚀刻速率约为5 m/h时，可实现无静摩擦的MEMS释放。

MEMS静摩擦

二氧化硅通常用作微机械结构的牺牲层。例如，绝缘体上硅(SOI)晶片上的深度反应离子蚀刻(DRIE)器件通常在液体氢氟酸(HF)中释放。在去离子水中冲洗晶片后，水的表面张力破坏了释放的结构或结构相互粘附。

这种无意的粘附问题被称为:

静摩擦力，一个曼托港单词构造自粘的和支持.

静摩擦的解决方案:含碘的HF蒸汽VPE

在HF蒸汽中蚀刻二氧化硅是一种准干法。由于HF蒸汽环境中的湿度，在晶片上存在非常薄的水膜。HF被吸收并蚀刻二氧化硅(SiO2).在反应过程中，产生硅烷和水。硅烷以气相形式逸出。有趣的是，在这个反应中，水起引发剂的作用，并且是由反应过程本身产生的。在加热衬底时，可以通过控制表面上的水量来调整蚀刻速率。在4-6微米/小时的蚀刻速率下，大多数结构可以被释放而不会粘连。蚀刻进度和均匀性如下图所示。

在该过程中观察到HF蚀刻的均匀性。

应用示例

  • 无静摩擦MEMS释放
  • 结构细化
  • SOI衬底上结构的无切割释放
  • 蚀刻速率可从0到约30微米/小时调节
  • 单面氧化硅2蚀刻(加工过程中背面受到保护)

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https://www.bihec.com/idonus-irmicroscope/VPE/


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