高频单面无极石英晶体监测二氧化硅的刻蚀

冯浪霞 司士辉＊ 陈金华 扶梅 张润

1、中南大学化学化工学院，湖南长沙 410083；2、湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室，湖南长沙 410083

0 前言

二氧化硅（SiO2）是由Si-O共价键构成的共价晶体，有优良的化学稳定性和热稳定性[1]，其热膨胀系数为0.55×10-6/℃，介电强度为106～107 V/cm，因此常被用作为半导体材料[2]，广泛应用于微电子技术和大规模集成电路领域[3]。由于二氧化硅对微电子器件行业的重要性而引起了广泛关注[4]。集成电路芯片制造离不开刻蚀工艺，刻蚀是决定集成电路特征尺寸核心技术之一，所以，监测二氧化硅的刻蚀是半导体加工生产线重要组成部分。

湿法刻蚀工艺常应用在集成电路生产工业中，湿法刻蚀的原理是将被刻蚀物置于刻蚀液中与其发生化学反应，将与刻蚀液所接触的材料逐步进行侵蚀溶掉。用于二氧化硅刻蚀的溶液常由HF、NH4F和去离子水配制而成[5]。该工艺主要优点在于其操作比较简单，对仪器设备要求较低，易于大批量生产[6]。近半个世纪以来，集成电路制造业有着飞速的发展，随着电子元器件发展的越来越小型化，其器件的特征尺寸也不断缩小[7]，目前主流生产的线宽已经缩小至深亚微米范围，而具有优势的集成电路设计公司已经使其技术工艺达到纳米级别[8]，针对越来越小尺寸生产，其芯片的制造工艺中刻蚀厚度控制的难度就越大。当前用于监测二氧化硅刻蚀过程的研究技术常有扫描隧道显微镜（scanning tunnel microscope，STM）[9]、X射线光电子光谱学（x-ray photoelectron spectroscopy，XPS）、原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）[10]、电化学[11]、红外光谱椭圆仪（infrared spectroscopic ellipsometry，IRSE）[12]。……