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半導體 Oxide etching 製程介紹

2023年04月12日

半導體製程中，SiO2 薄膜在製程中有兩個主要作用：1.作為介電層 2.作為摻雜/蝕刻掩模，依照生成的方式可區分為 : 
　1. 消耗基材的熱氧化層 : 將Si Wafer於高函氧環境下加熱，讓表面矽氧化而形成一層SiO2。
　2. 非消耗基材的氧化沉積層 : 藉由氣體在真空環境下反應、沉積在Si Wafer表面而形成SiO2。

SiO2有易蝕刻並與Si有高的蝕刻選擇比的特性，所以被廣泛應用於半導體製程中。

氫氟酸 (HF) 對 SiO2與Si的選擇比非常高，但如果直接使用，氫氟酸對SiO2進行蝕刻，其蝕刻率太快容易 over etching，使得 undercut 和CD loss 控制變得非常困難。出於這個原因，HF 需要加入緩衝溶液，通過調節溶液中的 PH 水平來保持較低且恆定的蝕刻速率，進而控制蝕刻時間與蝕刻深度。

SiO2 + 6HF → H2SiF6 + H2O

BOE ( Buffer Oxide Etching )
一般標準的SiO2的蝕刻液是用6倍的氟化銨 ( NH4F) 與1倍的氫氟酸 ( HF )混合而成的緩衝氧化蝕刻劑 Buffer Oxide Etching ( BOE )

BOE室溫下的蝕刻速率範圍為 1000~2500 Å/min，取決於SiO2的緊密度。作為非晶體層，SiO2可以形成緊湊的結構（如果在氧氣中熱生長）或不緻密的結構（如果通過 CVD 生長），針對不同的緊密度BOE對其有不同的蝕刻速率。

應用方面，BOE與超純水用7:1 的比例稀釋，這樣可以更好地控制蝕刻速率，在35°C下稀釋的 BOE對熱氧法生成的SiO2蝕刻速率約為800 Å/min。

在表面清潔和去污的製程中，只需要非常輕微的蝕刻，可以使用 1 : 50 稀釋的 HF溶劑，其蝕刻速度約為 70 Å/min。
 

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