半導(dǎo)體光刻工藝之刻蝕——濕法腐蝕

在濕法腐蝕的過程中晒屎,通過使用特定的熔液與需要腐蝕的薄膜材料進行化學(xué)反應(yīng),進而除去沒有被光刻膠覆蓋區(qū)域的薄膜。

濕法腐蝕的優(yōu)點是工藝簡單,但是在濕法腐蝕中所進行的化學(xué)反應(yīng)沒有特定方向械媒,所以會形成各向同性的腐蝕效果。各向同性是濕法腐蝕固有的特點卵贱,也可以說是濕法腐蝕的缺點滥沫。濕法腐蝕通常還會使位于光刻膠邊緣下邊的薄膜也被腐蝕,這也會使腐蝕后的線條寬度難以控制键俱,選擇合適的腐蝕速度,可以減小對光刻膠邊緣下邊薄膜的腐蝕世分。

在進行濕法腐蝕的過程中编振,熔液里的反應(yīng)劑與被腐蝕薄膜的表面分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成各種反應(yīng)產(chǎn)物臭埋。這些反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)該是氣體踪央,或者是能溶于腐蝕液中的物質(zhì)。這樣瓢阴,這些反應(yīng)產(chǎn)物就不會再沉積到被腐蝕的薄膜上畅蹂。控制濕法腐蝕的主要參數(shù)包括:腐蝕溶液的濃度荣恐、腐蝕的時間液斜、反應(yīng)溫度以及溶液的攪拌方式等。由于濕法腐蝕是通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的叠穆,所以腐蝕液的濃度越高少漆,或者反應(yīng)溫度越高,薄膜被腐蝕的速率也就越快硼被。此外示损,濕法腐蝕跌反應(yīng)通常會伴有放熱和放氣。反應(yīng)放熱會造成局部反應(yīng)溫度的升高嚷硫,使反應(yīng)速度加快检访;反應(yīng)速率加快又會加劇反應(yīng)放熱,使腐蝕反應(yīng)處于不受控制的惡性循環(huán)中仔掸,其結(jié)果將導(dǎo)致腐蝕的圖形不能滿足要求脆贵。反應(yīng)放氣產(chǎn)生的氣泡會隔絕局部的薄膜與腐蝕的接觸,造成局部的反應(yīng)停止嘉汰,形成局部的缺陷丹禀。因此,在濕法腐蝕中需要進行攪拌。此外双泪,適當?shù)臄嚢瑁ɡ缡褂贸暡ㄕ鹗帲┏炙眩€可以在一定程度上減輕對光刻膠下方薄膜的腐蝕。

目前常用的濕法腐蝕的材料包括:Si焙矛,SiO2和Si2N4等葫盼,下面我們將對此進行簡要討論。

一村斟、Si的濕法腐蝕

在濕法腐蝕Si的各種方法中贫导,大多數(shù)都是采用強氧化劑對Si進行氧化,然后利用HF酸與SiO2反應(yīng)來去除SiO2蟆盹,從而達到對硅的腐蝕目的孩灯。最常用的腐蝕溶劑是硝酸與氫氟酸和水(或醋酸)的混合液,化學(xué)反應(yīng)方程式為

Si+HNO3+6HF——H2SiF4+HNO2+H2O+H2

其中逾滥,反應(yīng)生成的H2SiF4可溶于水峰档。在腐蝕液中,水是作為稀釋劑寨昙,但最好用醋酸(CH3COOH)讥巡,因為醋酸可以抑制硝酸的分解,從而使硝酸的濃度維持在較高的水平舔哪。對于HF-HNO3混合的腐蝕液欢顷,當HF的濃度高而HNO3的濃度低時,Si膜腐蝕的速率由HNO3濃度決定(即Si的腐蝕速率基本上與HF濃度無關(guān))捉蚤,因為這時有足量的HF去溶解反應(yīng)中生成的SiO2.當HF的濃度低而HNO3濃度高時抬驴,Si腐蝕的速率取決于HF的濃度(即取決于HF溶解反應(yīng)生成的SiO2的能力)。

對Si的濕法腐蝕還可以用KOH的水溶液與異丙醇(IPA)相混合來進行外里。對于金剛石或閃鋅礦結(jié)構(gòu)怎爵,(111)面的原子比(100)面排的更密,因而(111)面的腐蝕速度應(yīng)該比(100)面的腐蝕速率小盅蝗。 采用SiO2層作為掩膜對(100)晶向的硅表面進行腐蝕鳖链,可以得到V形的溝槽結(jié)構(gòu)。如果SiO2上的圖形窗口足夠大墩莫,或者腐蝕的時間比較短芙委,可以形成U形的溝槽。如果被腐蝕的是(110)晶向的硅片狂秦,則會形成基本為直壁的溝槽灌侣,溝槽的側(cè)壁為(111)面。這樣就可以利用腐蝕速率對晶體取向的依賴關(guān)系制得尺寸為亞微米的器件結(jié)構(gòu)裂问。不過侧啼,這種濕法腐蝕的方法大多采用在微機械元件的制造上牛柒,在傳統(tǒng)的集成電路工藝中并不多見。

二痊乾、SiO2的濕法腐蝕

SiO2的濕法腐蝕可以使用氫氟酸(HF)作為腐蝕劑皮壁,其反應(yīng)方程式為:

SiO2+6HF——SiF4+2H2O+H2

在上述的反應(yīng)過程中,HF不斷被消耗哪审,因此反應(yīng)速率隨時間的增加而降低蛾魄。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生,通常在腐蝕液中加入一定的氟化氨作為緩沖劑(形成的腐蝕液稱為BHF)湿滓。氟化氨分解反應(yīng)產(chǎn)生HF滴须,從而維持HF的濃度。NH4F分解反應(yīng)方程式為

NH4F——NH3+HF

分解反應(yīng)產(chǎn)生的NH3以氣態(tài)被排除掉叽奥。

在集成電路工藝中扔水,除了需要對熱氧化和CVD等方式得到的SiO2進行腐蝕外,還需要對磷硅玻璃(簡稱PSG)和硼磷硅玻璃(簡稱BPSG)等進行腐蝕朝氓。因為這些二氧化硅層的組成成分并不完全相同铭污,所以HF對這些SiO2的腐蝕速率也就不完全一樣“蚶海基本上以熱氧化方式生成的二氧化硅層的腐蝕速率最慢。

三岂膳、Si3N4的濕法腐蝕

Si3N4也是一種常用濕法腐蝕的材料誓竿。Si3N4可以使用加熱的磷酸(130-150度的H3PO4)來進行腐蝕。磷酸對Si3N4的腐蝕速率通常大于對SiO2的腐蝕速率谈截。

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