氫氧化鉀在凸角處的蝕刻行為

摘要

各向異性蝕刻劑通過掩模中的矩形幵口在（100）硅晶片上產(chǎn)生由（ 100）和（111）平面組成的孔。在這種情況下，孔的上角是尖的。如果通過無掩模濕法各向異性蝕刻工藝蝕刻整個表面，則上部拐角變圓。例如，在實(shí)現(xiàn)晶片通孔互聯(lián)的情況下，圓角是必須的。尖角增加了光致抗蝕劑破裂的風(fēng)險(xiǎn)，光致抗蝕劑破裂用于圖案化下面的金屬。因此，了解最常見的各向異性蝕刻劑（氫氧化鉀）的蝕刻行為以及圓角的形狀非常重要。本文通過蝕刻劑對不同晶面的蝕刻速率分布，解釋了氫氧化鉀在凸角處的倒圓效應(yīng)。為了確定快速蝕刻的平面 ,已經(jīng)對圓角的形狀進(jìn)行了模擬。執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與蝕刻拐角的模擬形狀非常相似。

介紹

封裝是集成電路生產(chǎn)中最昂貴的部分。為了生產(chǎn)更便宜和更小的集成電路器件，應(yīng)該發(fā)現(xiàn)新的封裝技術(shù)。策略是減少包裝面積 ,尋找更便宜的替代材料，在不降低器件可靠性和穩(wěn)定性的情況下使用。一些特定器件（例如太陽能電池）的封裝面積可以通過晶片通孔互 連來減小。該想法基于在＜ 100＞取向的硅晶片中各向異性蝕刻通 孔的傾斜側(cè)壁上實(shí)現(xiàn)金屬互連線。通孔由氫氧化鉀蝕刻，氫氧化鉀是最流行的各向異性蝕刻劑之一。光致抗蝕劑用于限定金屬互連線。問題是穿過孔角的光刻膠層非常薄。為了解決這個問題，所有的凸角都應(yīng)該被平滑。圓角通常由兩步無掩模各向異性蝕刻制成， 晶片通孔通過保護(hù)掩模蝕刻。然后剝離保護(hù)掩模（SiN）,并將晶 片再次浸入氫氧化鉀中一小段時間（幾分鐘）。這將平滑所有凸起并且將使凸角的均勻光刻膠覆蓋成為可能。由于凸角的 圓化引起了很大的興趣，我們決定研究蝕刻角的形狀。

理論

各向異性蝕刻劑(例如氫氧化鉀)使拐角變圓，可以用其各向異性和蝕刻速率分布來解釋。為了研究發(fā)生在拐角處的蝕刻行為并簡化任務(wù)，我們 使用了在＜ 110 ＞方向制作的拐角橫截面(圖1)。為了找到拐角處的快速蝕刻平面，我們需要知道＜nll＞方向上的蝕刻率。在僅考慮(100)和(111)平面的情況下，圖1中的點(diǎn)。和01定義了蝕刻前后 的拐角。向量OR100和OR111定義了＜ 100＞和v 111 ＞方向上每單位時 間的蝕刻速率。

圖1. 蝕刻后無圓角的孔示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真

理論上(311)平面與平面(100)的偏離角約為25,24。而(411)平面的偏離角約為19.47。因?yàn)?311)平面相對于(100)平面和(411)平面相對于(100)、 平面的角度非常接近，并且快速蝕刻平面的角度測量不能足夠精確，所以，已經(jīng)對蝕刻輪廓進(jìn)行了模擬。為此，在<100>x x <211>x <311 >、<411>、v 511 >方向的蝕刻速率數(shù)據(jù)來自已被使用。用33wt%氫氧化鉀(70°C, 10分鐘)從理論上估算的角圓輪廓如圖2所示。模擬結(jié)果表明，快速蝕刻平面是(311)平面，但18-25。偏離角的范圍也包括（411）平面和（722）平面，偏離角為22°（100）飛機(jī)。因此，這些平面中的任何一個都不能是凸角處的快速蝕刻平面。

圖2. 用33wt%氫氧化鉀(70 °C, 10分鐘)理論估算的圓角輪廓

結(jié)論

凸角上圓的模擬曲線表明（311）面是快蝕面。盡管本文中的所有估計(jì) 都是基于其他地方公布的蝕刻數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)可能不夠準(zhǔn)確。因此（411）面很可能也是高折射率面。此外，為了在我們的模擬中考慮這' 個平面，我們沒有＜722 ＞方向上的蝕刻速率。因此，（722）平面也可 能是凸角處的高折射率平面。

　　審核編輯：湯梓紅