单晶硅湿法刻蚀用什么做掩膜？

本文主要介绍单晶硅湿法刻蚀用什么做掩膜。

在单晶硅的湿法刻蚀中，选择何种材料作为掩膜（Mask），严格取决于所使用的刻蚀液的化学成分以及刻蚀的深度与时间。

产线中最常用的掩膜材料分为硬掩膜（Hard Mask）和金属掩膜，具体分类和应用条件如下：

1. 氮化硅 ：适用性最广的深层刻蚀掩膜

适用刻蚀液： 碱性刻蚀液（如 KOH、TMAH）和酸性刻蚀液（如 HNA）。

通过低压化学气相沉积（LPCVD）制备的氮化硅薄膜极其致密。它在热 KOH 或 TMAH 溶液中的刻蚀速率几乎为零。同时，它对含有一定浓度 HF 的酸性溶液也具有极强的耐受性。

当需要对单晶硅进行大深度、长时间的各向异性刻蚀（例如穿透几百微米厚的硅片，或加工大深度的 V 型槽和 MEMS 悬臂梁）时，氮化硅是绝对的首选掩膜。

2. 二氧化硅 ：适用于中浅层碱性刻蚀

适用刻蚀液： 碱性刻蚀液（优先用于 TMAH 或 EDP，有条件用于 KOH）。

热氧化生长的 SiO2 易于制备。在 TMAH 溶液中，SiO2 的刻蚀速率非常低，可以作为良好的掩膜。但在高温 KOH 溶液中，SiO2具有较快的刻蚀速率。

适用于刻蚀深度较浅的工艺，或者在 TMAH 体系中进行刻蚀。如果必须在 KOH 中进行深硅刻蚀并使用 SiO2 作为掩膜，则必须生长足够厚的氧化层，以确保在硅被刻蚀到指定深度前，掩膜层不会被完全消耗。

严禁用于 HNA 刻蚀液。HNA 中含有氢氟酸（HF），HF 会极其迅速地溶解 SiO2，导致掩膜瞬间失效。

3. 金属掩膜（如 金 Au/ 铂 Pt）

适用刻蚀液： 特殊的强碱、强酸或电化学刻蚀环境。

贵金属对绝大多数湿法化学试剂呈化学惰性。为了解决金与单晶硅附着力差的问题，通常需要先溅射一层极薄的铬（Cr）或钛（Ti）作为粘合层，然后再沉积金。

当常规的 SiO2 或 Si3N4掩膜无法满足极其苛刻的刻蚀条件，或工艺流程中无法进行高温沉积（CVD）氧化物/氮化物时使用。

4. 关于光刻胶的局限性

光刻胶通常不能直接作为单晶硅主刻蚀工艺的掩膜。

在碱性刻蚀液中：高温 KOH 或 TMAH 会迅速引起光刻胶发生皂化反应、溶胀并大面积剥离。

在酸性刻蚀液中：HNA 刻蚀液具有强氧化性，会直接破坏光刻胶的有机结构。