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上海泰晟与您分享半导体湿法刻蚀工艺

2022-10-11来源:供应商网作者:上海泰晟电子科技发展有限公司责任编辑:李萧

上海泰晟与您分享半导体湿法刻蚀工艺

在湿法腐蚀过程中,用特定的熔液与需要腐蚀的薄膜材料进行化学反应,然后去除未被光刻胶覆盖的薄膜。

湿法腐蚀的特点是工艺简单,但湿法腐蚀中的化学反应没有特定的方向,因此会形成各向同性的腐蚀效果。各向同性是湿法腐蚀的固有特征,也可以说是湿法腐蚀的缺点。湿法腐蚀通常会腐蚀光刻胶边缘下的薄膜,这也会使腐蚀后的线宽难以管控。选择合适的腐蚀速度可以减少光刻胶边缘下膜的腐蚀。

熔液中的反应剂与被腐蚀膜的表面分子发生化学反应,产生各种反应产物。这些反应产物应为气体或可溶于腐蚀性液体的物质。这样,这些反应产物就不会沉积在腐蚀膜上。湿法腐蚀管控的主要参数包括:腐蚀溶液的浓度、腐蚀时间、反应温度和搅拌方法。由于湿法腐蚀是通过化学反应实现的,腐蚀液浓度越高,反应温度越高,膜腐蚀速度越快。此外,湿法腐蚀下降反应通常伴有放热和放气。反应放热会导致局部反应温度升高,加快反应速度;反应速度加快会加剧反应放热,使腐蚀反应处于不受管控的恶性循环中,导致腐蚀图形不能满足要求。气泡产生的反应放气会隔离局部膜与腐蚀的接触,导致局部反应停止,形成局部缺陷。因此,需要在湿法腐蚀中搅拌。此外,适当的搅拌(如超声波振荡)也可以在一定程度上减少光刻胶下膜的腐蚀。

湿法腐蚀常用的材料包括:Si,SiO2和Si2N下面我们将简要讨论一下。

一、Si的湿法腐蚀
在湿法腐蚀Si在各种方法中,大多数都使用强氧化剂Si氧化,然后使用HF酸与SiO2反应来去除SiO2.从而达到硅的腐蚀目的。较常用的腐蚀溶剂是硝酸氢氟酸和水(或醋酸)的混合物,化学反应方法是

Si HNO3 6HF——H2SiF4 HNO2 H2O H2

反应产生H2SiF4可溶于水。水是腐蚀液中的稀释剂,但建议使用醋酸(CH3COOH),由于醋酸能阻制硝酸的分解,使硝酸浓度保持在较高水平。对于HF-HNO混合腐蚀液,当HF的浓度高而HNO3浓度低时,Si膜腐蚀的速率HNO3浓度决定(即Si腐蚀率基本相同HF浓度无关),因为这时有足量的HF在溶解反应中产生SiO2.当HF的浓度低而HNO3浓度高时,Si腐蚀的速率取决于HF浓度(即取决于HF产生溶解反应SiO2的能力)。

对Si湿法腐蚀也可以使用KOH水溶液和异丙醇(IPA)混合。对于金刚石或闪锌矿结构,(111)表面的原子比(100)表面更密集,因此(111)表面的腐蚀速度应小于(100)表面。 采用SiO二层腐蚀(100)晶向硅表面作为掩膜,可获得V形沟槽结构。如果SiO2上图形窗口足够大,或腐蚀时间短,可形成U形沟槽。若腐蚀为(110)晶向硅片,则基本形成直壁槽,槽侧壁为(111)面。通过这种方式,可以利用腐蚀率对晶体取向的依赖来制造尺寸为亚微米的装置结构。然而,这种湿腐蚀方法主要用于微机械元件的制造,在传统的集成电路工艺中并不常见。

二、SiO2的湿法腐蚀
SiO氢氟酸可用于湿法腐蚀(HF)反应方法为:

SiO2 6HF——SiF4 2H2O H2

在上述反应过程中,HF持续消耗,随着时间的推移,反应速率降低。为了避免这种现象,一定的氟化氨通常被添加到腐蚀液中作为缓冲剂(形成的腐蚀液称为BHF)。产生氟化氨分解反应HF,从而维持HF的浓度。NH4F分解反应方程为

NH4F——NH3 HF

产生分解反应NH以气态排除。

在集成电路工艺中,除热氧化和热氧化外CVD等等SiO除腐蚀外,还需要磷硅玻璃(以下简称磷硅玻璃)PSG)硼磷硅玻璃(简称BPSG)等待腐蚀。由于这些二氧化硅层的成分不完全相同,因此HF对这些SiO2.腐蚀率不完全相同。基本上,热氧化产生的二氧化硅层腐蚀速率非常慢。

三、Si3N4的湿法腐蚀

Si3N也是常用的湿法腐蚀材料。Si3N加热磷酸(130-150度)可用于加热H3PO4)来进行腐蚀。磷酸对Si3N4的腐蚀率通常大于对SiO腐蚀腐蚀率。


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