本文提出了基于濺射Ti/Pt/Cr和Cr/Pt/Cr金屬多層膜在熱王水中濕法腐蝕Pt薄膜的簡(jiǎn)單制備方案，鉻(Cr)或鈦(Ti)用作鉑的粘附層，Cr在Pt蝕刻過(guò)程中被用作硬掩模層，因?yàn)樗梢匀菀浊揖_地用光致抗蝕劑圖案化，并且能夠承受圖案被轉(zhuǎn)移到Pt中，然后去除Cr掩模，只需要標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)品和潔凈室設(shè)備/工具，在王水蝕刻之前，鉑上的任何表面鈍化都需要去除，這通常通過(guò)在稀氫氟酸(HF)中快速浸泡來(lái)實(shí)現(xiàn)，HF通常也用于濕法蝕刻鈦粘附層，通過(guò)用氬(Ar)等離子體處理代替HF-dip并用基于過(guò)氧化氫(H2O2)的蝕刻劑蝕刻Ti層來(lái)避免在這兩個(gè)步驟中使用HF。

我們?nèi)A林科納提出了一種更簡(jiǎn)單的鉑薄膜圖案化方案，該方案基于Cr硬掩模層的使用，顯示出優(yōu)異的特征分辨率，由于鉻不易被王水溶解，使用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)將鉻掩模圖案化，用作鉑蝕刻的掩模，然后去除粘附層(Cr或Ti ),電隔離Pt電極，最后的Cr蝕刻步驟去除掩模層。該方法快速、可重復(fù)，并且不需要任何專(zhuān)門(mén)的設(shè)備。具有Ti或Cr作為永久粘附層、功能性Pt層和Cr作為臨時(shí)掩蔽層的多層被濺射到各種晶片襯底上，例如硼浮法玻璃(PlanOptik，德國(guó))、具有天然氧化物的Si和具有200 nm SiO2的Si(SiMat，德國(guó))。

在裝載之前，玻璃晶片在Piranha浴中清洗，硅晶片直接從密封的晶片盒中取出，在沉積之前，在壓力為4×103毫巴的氬(Ar)等離子體中，在200 W的Nordiko RFG 2500平行板RF濺射鍍膜機(jī)的室中，對(duì)所有晶片進(jìn)行濺射清洗5分鐘。濺射清洗后，在不破壞真空的情況下，立即在相同的諾德科RFG 2500平行板RF濺射鍍膜機(jī)中沉積Cr/Pt/Cr多層膜(見(jiàn)圖1(a))，沉積72納米的鉻粘附層，接著沉積410納米的鉑層和72納米厚的鉻掩蔽層。

Ti/Pt/Cr層在兩次單獨(dú)的運(yùn)行中沉積，因?yàn)樵摍C(jī)器僅支持兩種不同的靶材料，首先沉積一層30納米的鈦，然后沉積410納米的鉑，在第二次運(yùn)行中，在改變靶，再次抽真空至基礎(chǔ)真空，并在先前沉積的Pt層上進(jìn)行短暫的樣品濺射清洗之后，沉積72 nm的Cr層，一次裝載一個(gè)晶片以提高厚度均勻性，如通過(guò)膠帶和劃痕試驗(yàn)所證實(shí)的，所得金屬夾層顯示出對(duì)基底的優(yōu)異粘附性，將800納米厚的Shipley S-1813 (Chestech，UK)抗蝕劑層旋涂到晶片上(見(jiàn)圖1(b))并軟烤，將晶片在掩模版中暴露于鉻掩模，然后在未稀釋的micro spot MF-319(Chestech，UK)中顯影，在硬烤抗蝕劑之前，在等離子體RIE中用短時(shí)間O2等離子體去渣步驟去除顯影區(qū)域中的抗蝕劑殘留物(見(jiàn)圖1(c))，通過(guò)將干晶片浸入新制備的CR-14等效蝕刻劑(22%硝酸鈰銨、9%乙酸和69%去離子水，按重量計(jì))，對(duì)Cr頂層進(jìn)行濕法蝕刻(見(jiàn)圖1(d))，將晶片在丙酮中浸泡過(guò)夜，以剝離抗蝕劑掩模，在O2等離子體中清除任何殘留的抗蝕劑，必須去除由O2等離子體抗蝕劑剝離引起的Pt表面鈍化，這是通過(guò)在開(kāi)始鉑蝕刻之前立即將晶片/鉑表面暴露于純氬等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)的(見(jiàn)圖1(e))。

為了獲得可重現(xiàn)的結(jié)果，應(yīng)在使用前不久制備王水(HCl和HNO3的3:1混合物)，在整個(gè)蝕刻過(guò)程中，將混合物保持在約60℃的加熱板上，混合后不久，王水開(kāi)始冒泡并呈現(xiàn)深橙色，閑置時(shí)，用蓋子來(lái)防止燒杯中的水分蒸發(fā)，對(duì)于蝕刻，將晶片從Ar等離子體中取出，并立即浸入混合物中。在沒(méi)有攪動(dòng)的情況下，將暴露的Pt層蝕刻185秒(見(jiàn)圖1(f))，最初，與Cr掩模層的較冷的銀金屬色相比，暴露的Pt層將具有較暖的金色，隨著蝕刻的進(jìn)行，鉑層變得粗糙，而鉻層保持其鏡面光潔度，在使用Ti粘附層的樣品中，蝕刻終點(diǎn)在視覺(jué)上是明顯的，因?yàn)闊o(wú)光澤的淺灰色Pt在蝕刻區(qū)域中消失，并露出較暗的碳灰色Ti粘附層，在使用Cr粘附層的樣品中，當(dāng)層之間不再有任何視覺(jué)對(duì)比時(shí)，達(dá)到終點(diǎn)，這些差異可以通過(guò)王水蝕刻溶液觀察到。

重要的是不要過(guò)早取出樣品檢查，因?yàn)檫@將導(dǎo)致Pt鈍化，并導(dǎo)致再次浸入蝕刻劑時(shí)蝕刻速率嚴(yán)重降低。從蝕刻劑中取出后，樣品用去離子水洗滌并用壓縮空氣干燥，最后一步是去除暴露的Ti粘附層和頂部Cr掩蔽層，以便暴露和電隔離Pt圖案，通過(guò)在氨(NH4OH)和過(guò)氧化氫(H2O2，30%)的1:2溶液中浸泡25秒來(lái)移除Ti粘附層，使用先前描述的CR14類(lèi)似物蝕刻來(lái)移除Cr掩蔽層，由于不可能出現(xiàn)底切，因此將樣品放在蝕刻劑中超過(guò)2分鐘(見(jiàn)圖1(g))，對(duì)于Cr/Pt/Cr膜，Cr粘附層被選擇為與Cr掩模層具有相同的厚度，使得兩者都可以在一個(gè)步驟中以最小的底切被蝕刻掉，經(jīng)過(guò)70秒后，終點(diǎn)明顯可見(jiàn)。

Pt層通常需要薄的粘附層，例如Cr、Ti、Ta、Ti/W，對(duì)于Cr/Pt/Cr膜，兩個(gè)Cr層應(yīng)該選擇為具有相同的厚度，以在去除Cr掩蔽層期間最小化Cr粘附層的任何欠蝕刻，選擇相同的Cr厚度還有一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)頂部Cr掩蔽層被去除時(shí)，更容易檢測(cè)，如果襯底是玻璃晶片，這是特別容易的，因?yàn)楸r層和純玻璃晶片之間的對(duì)比是容易檢測(cè)的，如果在隨后的深硅蝕刻中需要的話(huà)，Cr粘附層也可以承受KOH蝕刻，用Ti粘附層代替Cr粘附層具有其他優(yōu)點(diǎn)，Ti是高溫應(yīng)用(高達(dá)600°C)的更好選擇。

Ti充當(dāng)擴(kuò)散阻擋層并防止向例如硅襯底的相互擴(kuò)散，反之亦然，在最終去除頂部Cr掩蔽層的過(guò)程中，Ti粘附層不會(huì)受到侵蝕，因此可以獨(dú)立于Cr厚度來(lái)選擇其厚度，在這種情況下，應(yīng)該選擇具有大約30 nm的典型粘附層厚度的Ti，這再次導(dǎo)致Ti的較低欠蝕刻，從而允許蝕刻更精細(xì)的Pt特征，圖2顯示了Ti/Pt/Cr夾層結(jié)構(gòu)的典型蝕刻結(jié)果，具有清晰、明確的結(jié)構(gòu)，EDX圖與SEM相匹配，并確認(rèn)Cr硬掩模已被完全移除，從而露出了Pt表面，Pt結(jié)構(gòu)具有極好的表面質(zhì)量，沒(méi)有凹坑或針孔，雖然鉻會(huì)溶解在稀HCl中，但它適合作為在濃王水中濕法蝕刻鉑的掩蔽材料，因?yàn)殂t表面會(huì)被強(qiáng)無(wú)機(jī)酸鈍化，而鉑會(huì)被過(guò)程中產(chǎn)生的新生氯蝕刻。

無(wú)論在樣品上使用多短時(shí)間的O2等離子體清洗，都會(huì)導(dǎo)致Pt表面鈍化，如果沒(méi)有隨后的Ar等離子體步驟，樣品就不能在王水中蝕刻，即使在王水中放置相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，如果放置很長(zhǎng)時(shí)間，將導(dǎo)致蝕刻逆轉(zhuǎn)(在80分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間后觀察到),因?yàn)镃rmasking層將最終被去除，并且下面的未鈍化Pt將被蝕刻。在這種情況下，鉻蝕刻的開(kāi)始可能與王水的分解有關(guān)，王水的分解導(dǎo)致氯、亞硝酰氯和一氧化氮的釋放，隨著時(shí)間的推移有效地稀釋了酸，然而很難去除抵抗殘留獲得一個(gè)真正干凈的表面沒(méi)有使用O2等離子體步驟，這反過(guò)來(lái)會(huì)鈍化整個(gè)樣品，在蝕刻過(guò)程中，蝕刻以實(shí)現(xiàn)最小的掩模抬升，從而實(shí)現(xiàn)最小的欠蝕刻，用于圖案化頂部Cr層的抗蝕劑掩模在鉑蝕刻之前在氧化硅中被去除，人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被留在硅片上時(shí)，硅片通常會(huì)很快被熱王水腐蝕并剝離，漂浮的抗蝕劑殘余物會(huì)隨機(jī)掩蓋區(qū)域，并留下不可預(yù)測(cè)的、不干凈的蝕刻結(jié)果，因此最好在鉑蝕刻步驟之前將其完全剝離。

Ti/Pt/Cr夾層方法產(chǎn)生良好的特征清晰度，邊緣清晰，在晶片上可靠蝕刻的最小特征尺寸是5 微米，然而，我們還沒(méi)有進(jìn)一步研究用本工藝可達(dá)到的最小特征尺寸。

與較小結(jié)構(gòu)相比，較大結(jié)構(gòu)的欠蝕刻較小，這可能是由于蝕刻劑耗盡，有更多的鉑可用于蝕刻，這也可以解釋在彎曲Pt軌跡的內(nèi)側(cè)和外側(cè)邊緣看到的不同蝕刻，更容易在圖2(a)中看到。使用Cr/Pt/Cr成功蝕刻的最小特征明顯更大(大約。25微米)，測(cè)量了72納米厚的Cr粘附層中高達(dá)8微米(任一側(cè))的底切，如前所述，Cr掩模層和Cr粘附層被同時(shí)去除，因此，通過(guò)完全去除頂部Cr掩模層來(lái)確定蝕刻時(shí)間，這與鉑和鉻之間的原電池效應(yīng)相結(jié)合，可以解釋觀察到的大的鉻粘附層底切，沒(méi)有對(duì)協(xié)議進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

所獲得的特征尺寸對(duì)于MEMS以及芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備是有用的，尤其是對(duì)于原型工作，持續(xù)蝕刻較小的特征尺寸將需要更嚴(yán)格的工藝控制，從產(chǎn)量角度來(lái)看，干法蝕刻較小的特征可能是最好的，為了獲得良好的濕法蝕刻結(jié)果，尤其是小特征，晶片上的厚度分布應(yīng)盡可能小的變化，當(dāng)一次濺射一個(gè)晶片的Pt多層時(shí)，獲得了最好的結(jié)果，該晶片位于襯底支架的中心，而不是一次濺射多個(gè)晶片。

提出了一種用于Pt濕法蝕刻的簡(jiǎn)化方法，該方法不需要使用除了基本MEMS實(shí)驗(yàn)室中可用的設(shè)備之外的任何設(shè)備，該技術(shù)僅需要沉積一層額外的鉻層，該鉻層通過(guò)光刻形成圖案，并用作氧化鉑蝕刻的硬掩模。

研究了Cr/Pt/Cr和Ti/Pt/Cr多層膜，使用72 nm厚的Cr硬掩模在410 nm Pt中圖案化各種特征尺寸，低至10微米線(xiàn)(掩模尺寸)，因此，在較薄的Pt層中也應(yīng)該能夠蝕刻低至10微米特征(掩模尺寸)，各種工藝參數(shù)和各種層厚度的優(yōu)化可進(jìn)一步提高可實(shí)現(xiàn)的最小特征尺寸，72 nm厚的Cr層能夠承受王水約80分鐘，而410 nm的Pt層的蝕刻時(shí)間約為3分鐘，因此，這種厚度的Cr硬掩模可能允許較厚的Pt層的圖案化，反之亦然，較薄的Cr掩模層可以成功地用于圖案化高達(dá)400nm的Pt層。