半導體蝕刻工藝科普

過度蝕刻暴露硅晶圓表面可能會導致表面粗糙。當硅表面在HF過程中暴露于OH離子時，硅表面可能會變得粗糙。

鋁膜濕法蝕刻

鋁和鋁合金層的選擇性蝕刻溶液基于磷酸。不幸的副產(chǎn)品是鋁和磷酸反應產(chǎn)生的微小氫氣泡，如下圖所示中的反應所示。這些氣泡附著在晶圓表面并阻塞蝕刻作用。結果是鋁橋接可能導致相鄰引腳之間的電氣短路，或者在表面上留下不需要的鋁斑點，稱為雪球。

通過使用含有磷酸、硝酸、乙酸、水和潤濕劑的鋁蝕刻溶液來中和這個問題。活性成分的典型溶液（不含潤濕劑）是161:2。

除了特殊配方外，典型的鋁蝕刻過程還將包括通過攪拌或在溶液中上下移動晶圓船來攪動晶圓。有時，使用超聲波或兆聲波來崩潰和移動氣泡。

沉積氧化物濕法蝕刻

晶圓上的最后一層之一是覆蓋在鋁互連圖案上的硅二氧化物鈍化膜。這些薄膜被稱為vapox或silox薄膜。雖然這些薄膜的化學成分與熱生長的硅二氧化物相同，但它們需要不同的蝕刻溶液。差異在于蝕刻劑所需的選擇性。

通常用于硅二氧化物的蝕刻劑是BOE溶液。不幸的是，BOE會攻擊下層的鋁墊，導致封裝過程中的鍵合問題。這種情況稱為棕色或染色墊。這一層的首選蝕刻劑是氟化銨和乙酸的溶液，比例為1:2。

硅氮化物濕法蝕刻

另一種用于鈍化層的化合物是硅氮化物。可以通過濕法化學方法蝕刻這一層，但這并不像其他層那么容易。使用的化學品是熱（180°C）磷酸。由于酸在此溫度下迅速蒸發(fā)，蝕刻必須在裝有冷卻蓋的封閉回流容器中進行。主要問題是光刻膠層無法承受蝕刻劑溫度和激進的蝕刻速率。因此，需要硅二氧化物或其他材料層來阻擋蝕刻劑。這兩個因素導致硅氮化物的干法蝕刻技術的使用。

蒸汽蝕刻

蒸汽蝕刻是將晶圓暴露于蝕刻劑蒸汽中。HF是最常見的。優(yōu)點包括蝕刻劑在表面的持續(xù)補充和即時蝕刻終止。將有毒蒸汽限制在系統(tǒng)中是安全問題。

干法蝕刻

已經(jīng)提到了濕法蝕刻在小尺寸方面的限制。復習一下，它們包括：

1.濕法蝕刻限于2微米或更大的圖案尺寸。

2.濕法蝕刻是各向同性的，導致斜側壁。

3.濕法蝕刻過程需要沖洗和干燥步驟。

4.濕化學品是危險和/或有毒的。

5.濕法工藝具有污染潛力。

6.光刻膠-晶圓鍵合失敗會導致底切。

這些考慮導致使用干法蝕刻過程來定義先進電路中的小特征尺寸。下圖提供了使用的干法蝕刻技術的概述。

干法蝕刻是一個通用術語，指的是使用氣體作為主要蝕刻介質(zhì)，晶圓在沒有濕化學品或沖洗的情況下進行蝕刻。晶圓以干燥狀態(tài)進出系統(tǒng)。有三種干法蝕刻技術：等離子體、離子束銑削（蝕刻）和反應離子蝕刻（RIE）。

等離子體蝕刻

等離子體蝕刻像濕法蝕刻一樣，是一種化學過程，但使用氣體和等離子體能量來引起化學反應。比較硅二氧化物在兩種系統(tǒng)中的蝕刻說明了差異。在硅二氧化物的濕法蝕刻中，BOE蝕刻劑中的氟是溶解硅二氧化物的成分，將其轉化為可水洗的成分。推動反應所需的能量來自BOE溶液內(nèi)部的能量或外部加熱器。