本章將探討本研究發現在 HF(aq)/scCO2蝕刻下，SOI 之二階段蝕刻的現象，為 在 HF/scCO2蝕刻實驗中，發現之特性，在蝕刻時間 1 小時的樣品只有邊緣被蝕刻，
但在蝕刻時間 1 小時至 1.5 小時之間卻能將樣品完全蝕刻，可以推測在蝕刻時間 1 小時之後蝕刻速率突然大幅加速，導致大部分蝕刻反應被壓縮在這半小時之內，為 了瞭解此二階段蝕刻的原因，將進行一系列實驗來探討。
為了清楚的觀察二階段蝕刻的現象，以 SOI 進行 HF(aq)/scCO2蝕刻，分別加入 VHF：VACE = 3.2 mL：3.2 mL 與 VHF：VACE = 7.6 mL：7.6 mL，在不同溫度及壓力 下分別蝕刻 15mins、30mins、60mins，結果如圖 3-39 及圖 3-40，蝕刻速率隨著蝕 刻時間的增加而大幅度的提升，尤其在高壓(3000psi)下的曲線更為明顯，於是將壓 力在 3000psi 的數據單獨分析，如圖 3-41 及圖 3-42，可以明顯的看出二階段的蝕 刻速率上升，且當溫度越高，其蝕刻速率隨實驗時間的變化越大。
圖 3-39 不同溫度壓力及時間下 HF/scCO2蝕刻 SOI 之橫向蝕刻面積速率關係圖 (VHF = VACE = 3.2mL)
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圖 3-40 不同溫度壓力及時間下 HF/scCO2蝕刻 SOI 之橫向蝕刻面積速率關係圖 (VHF = VACE = 7.6mL)
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Lateral Etching Area Rate (mm2/min) 2000 psi 2500 psi 3000 psi
Lateral Etching Area Rate (mm2/min) 2000 psi 2500 psi 3000 psi
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圖 3-41 相同壓力下以不同時間及溫度 HF/scCO2蝕刻 SOI 之蝕刻速率(VHF = VACE = 3.2
mL
)圖 3-42 相同壓力下以不同時間及溫度 HF/scCO2蝕刻 SOI 之蝕刻速率(VHF = VACE = 7.6
mL
)73
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Etching Time : 60 mins Etching Time : 70 mins
Etching Time : 80 mins Etching Time : 90 mins
圖 3-43 OM 圖像：低濃度 HF 於 HF/scCO2蝕刻 SOI 之蝕刻路徑 (P = 3000psi, T = 60oC, VHF =VACE = 3.2mL, 轉子轉速 100 rpm)
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圖 3-44 OM 圖像：HF/scCO2蝕刻之二階段蝕刻現象蝕刻路徑隨蝕刻時間變化圖 (P = 3000psi, T = 60oC, VHF：VACE = 0.4 : 0.8 mL, Etching Time : 70~150 mins)
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3.5.2 2.5m SOI 蝕刻
為了對比 200 nm SOI 的實驗結果，我們將使用薄膜層較厚的 SOI 進行實驗，
此 SOI 樣品的薄膜層 c-SiNMs 為 2.5 m，犧牲層 SiO2為 1m。
(一) 實驗條件：使用前面得到的最佳條件，固定於 P = 3000psi, T = 60 oC, VHF = VACE
= 3.2 mL，蝕刻時間 1.5 小時。
(二) 實驗量測方法：利用 OM 拍攝蝕刻後的樣品表面，觀察蝕刻痕。
(三) 實驗結果與討論：由蝕刻後的蝕刻痕，如圖 3-45 所示，可以看出橫向蝕刻反 應僅出現在樣品邊緣，在樣品中心位置並未出現蝕刻痕跡，與濕蝕刻的結果類 似。由此可知在薄膜層較厚的情況下，超臨界流體無法穿透薄膜表面對底下的 犧牲層進行蝕刻，導致蝕刻速率十分緩慢。
圖 3-45 OM 圖像：2.5m SOI 經超臨界蝕刻後之表面形貌
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3.5.3 小結
至此的研究中瞭解了 HF(aq)/scCO2蝕刻中發生快速蝕刻的主因。由實驗結果推 測樣品在 scCO2 中經過一定的時間後，表面會產生一些蝕刻通道讓蝕刻液能夠從 薄膜上方鑽入，跟傳統濕蝕刻從樣品四周邊角開始蝕刻的方式有很大的不同，也就 是 HF(aq)/scCO2蝕刻的蝕刻速率遠大於傳統濕蝕刻的主因。接下來的實驗中會單純 使用 scCO2處理樣品，不加入蝕刻液，僅加入水與 ACE，針對樣品表面產生的細 微黑點做研究及分析，並在之後以濕蝕刻的方式蝕刻處理過的樣品及未處理的樣 品，驗證經過 scCO2處理的樣品會在表面上方開啟蝕刻通道。
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