半导体蚀刻工艺科普

过度蚀刻暴露硅晶圆表面可能会导致表面粗糙。当硅表面在HF过程中暴露于OH离子时，硅表面可能会变得粗糙。

铝膜湿法蚀刻

铝和铝合金层的选择性蚀刻溶液基于磷酸。不幸的副产品是铝和磷酸反应产生的微小氢气泡，如下图所示中的反应所示。这些气泡附着在晶圆表面并阻塞蚀刻作用。结果是铝桥接可能导致相邻引脚之间的电气短路，或者在表面上留下不需要的铝斑点，称为雪球。

通过使用含有磷酸、硝酸、乙酸、水和润湿剂的铝蚀刻溶液来中和这个问题。活性成分的典型溶液（不含润湿剂）是161:2。

除了特殊配方外，典型的铝蚀刻过程还将包括通过搅拌或在溶液中上下移动晶圆船来搅动晶圆。有时，使用超声波或兆声波来崩溃和移动气泡。

沉积氧化物湿法蚀刻

晶圆上的最后一层之一是覆盖在铝互连图案上的硅二氧化物钝化膜。这些薄膜被称为vapox或silox薄膜。虽然这些薄膜的化学成分与热生长的硅二氧化物相同，但它们需要不同的蚀刻溶液。差异在于蚀刻剂所需的选择性。

通常用于硅二氧化物的蚀刻剂是BOE溶液。不幸的是，BOE会攻击下层的铝垫，导致封装过程中的键合问题。这种情况称为棕色或染色垫。这一层的首选蚀刻剂是氟化铵和乙酸的溶液，比例为1:2。

硅氮化物湿法蚀刻

另一种用于钝化层的化合物是硅氮化物。可以通过湿法化学方法蚀刻这一层，但这并不像其他层那么容易。使用的化学品是热（180°C）磷酸。由于酸在此温度下迅速蒸发，蚀刻必须在装有冷却盖的封闭回流容器中进行。主要问题是光刻胶层无法承受蚀刻剂温度和激进的蚀刻速率。因此，需要硅二氧化物或其他材料层来阻挡蚀刻剂。这两个因素导致硅氮化物的干法蚀刻技术的使用。

蒸汽蚀刻

蒸汽蚀刻是将晶圆暴露于蚀刻剂蒸汽中。HF是最常见的。优点包括蚀刻剂在表面的持续补充和即时蚀刻终止。将有毒蒸汽限制在系统中是安全问题。

干法蚀刻

已经提到了湿法蚀刻在小尺寸方面的限制。复习一下，它们包括：

1.湿法蚀刻限于2微米或更大的图案尺寸。

2.湿法蚀刻是各向同性的，导致斜侧壁。

3.湿法蚀刻过程需要冲洗和干燥步骤。

4.湿化学品是危险和/或有毒的。

5.湿法工艺具有污染潜力。

6.光刻胶-晶圆键合失败会导致底切。

这些考虑导致使用干法蚀刻过程来定义先进电路中的小特征尺寸。下图提供了使用的干法蚀刻技术的概述。

干法蚀刻是一个通用术语，指的是使用气体作为主要蚀刻介质，晶圆在没有湿化学品或冲洗的情况下进行蚀刻。晶圆以干燥状态进出系统。有三种干法蚀刻技术：等离子体、离子束铣削（蚀刻）和反应离子蚀刻（RIE）。

等离子体蚀刻

等离子体蚀刻像湿法蚀刻一样，是一种化学过程，但使用气体和等离子体能量来引起化学反应。比较硅二氧化物在两种系统中的蚀刻说明了差异。在硅二氧化物的湿法蚀刻中，BOE蚀刻剂中的氟是溶解硅二氧化物的成分，将其转化为可水洗的成分。推动反应所需的能量来自BOE溶液内部的能量或外部加热器。