書籍:《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：濕蝕刻中不同蝕刻方法和各種蝕刻劑的綜述

編號(hào)：JFKJ-21-1014

作者：炬豐科技

引言

在微加工過程中有許多加工步驟。蝕刻是微制造過程中的一個(gè)重要步驟。術(shù)語蝕刻是指在制造過程中從晶片表面去除層。這是一個(gè)非常重要的過程，每個(gè)晶片都要經(jīng)歷許多蝕刻過程。用于保護(hù)晶片免受蝕刻劑影響的材料稱為掩模材料，用于許多蝕刻步驟來抵抗蝕刻。該掩模材料可為光致耐蝕劑，并采用光刻法進(jìn)行圖案化。蝕刻也可稱為空腔制作，應(yīng)根據(jù)用途具有特定的深度。這種空腔的深度可以通過蝕刻時(shí)間和速率來控制。蝕刻機(jī)制的成功在于，多層結(jié)構(gòu)的頂層應(yīng)完全去除，底層或掩模層應(yīng)無損壞。這完全取決于兩種材料的蝕刻率比，稱為選擇性。蝕刻會(huì)削弱掩模層，產(chǎn)生形成空腔的傾斜側(cè)壁。底切的距離稱為偏差。

蝕刻類型

各向同性蝕刻：

濕蝕刻劑通常是各向同性的，在厚膜蝕刻過程中會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。它們還需要處理大量的有毒廢物。這種蝕刻方法在后端處理(BEOL)在此處理中，晶片在晶片背面研磨后通常非常薄，對(duì)熱或機(jī)械類型的應(yīng)力非常敏感。蝕刻幾微米的薄層會(huì)去除背面研磨過程中產(chǎn)生的微裂紋，導(dǎo)致晶片強(qiáng)度和靈活性顯著增加。

氫氟酸、硝酸和乙酸各向同性濕法蝕刻(HNA)硅較常見的蝕刻劑溶劑是混合物。每種蝕刻劑的濃度決定了蝕刻速率。二氧化硅或氮化硅經(jīng)常被用作對(duì)抗HNA掩蔽材料。當(dāng)反應(yīng)發(fā)生時(shí)，材料以類似于向下蝕刻的速度橫向移除。濕化學(xué)蝕刻通常是各向同性的，即使有掩模，液體蝕刻劑也會(huì)滲透到掩模下。如果方向性對(duì)于高分辨率圖案的轉(zhuǎn)移非常重要，濕法化學(xué)蝕刻工藝通常是禁止的。

各向異性濕法蝕刻：

液體蝕刻劑以不同的速度蝕刻晶體材料。硅晶表面取決于蝕刻速率的巨大差異。使用類似硅的材料時(shí)，這種材料elTect各向異性可以允許很高。制造各種微機(jī)械器件的關(guān)鍵技術(shù)是各向異性蝕刻。由于蝕刻時(shí)間通常在硅平面上進(jìn)行，各向異性蝕刻中的蝕刻速率在蝕刻平面上要快得多。各向異性蝕刻的重要因素包括選擇性、處理和工藝兼容性以及各向異性。各向異性濕法蝕刻約1 μm典型的蝕刻速率/分鐘。

影響蝕刻的因素

基于晶體的方向：

晶體的方向是影響蝕刻的主要因素之一。在許多情況下，由于晶體的方向，腐蝕機(jī)的影響。米勒指數(shù)的概念對(duì)晶體方向的研究非常重要，因?yàn)樗挥脕?方向和平面。這些方向和平面可以是晶格或晶體。指數(shù)的數(shù)量將與晶格或晶體的大小相匹配。

基于蝕刻劑的類型：

蝕刻劑EDP代表乙二胺-鄰苯二酚。二氧化硅、氮化硅、金、鉻、銀、銅和鉭很容易掩蓋電子數(shù)據(jù)處理蝕刻，但電子數(shù)據(jù)處理可以蝕刻鋁。這種蝕刻劑腐蝕性強(qiáng)，致癌性強(qiáng)，蝕刻量不如氫氧化鉀。這種蝕刻劑會(huì)腐蝕附近的任何金屬。棕色污漬會(huì)留在難以去除的表面。與其它異性蝕刻相比，EDP凸角上的蝕刻速度更快。雖然這種蝕刻劑有很多優(yōu)點(diǎn)，但它與金屬氧化物半導(dǎo)體或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體完全不兼容。因此，這種蝕刻劑并沒有得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)于各向異性蝕刻工藝，這種蝕刻劑的使用已經(jīng)顯著減少。

基于蝕刻劑的溫度和濃度：

在氫氧化鉀的情況下，用這種蝕刻劑蝕刻的較佳溫度是80℃，蝕刻劑濃度為35%。這是因?yàn)樵谶@種情況下，具有較小表面粗糙度的較佳蝕刻率。蝕刻速率與蝕刻濃度成反比，與溫度成正比。對(duì)于較佳蝕刻劑濃度，通過生產(chǎn)厚度約為6um相等量的膜工作得更好，但當(dāng)蝕刻劑濃度較低時(shí)，電鍍蝕刻停止仍然工作，但隨后生產(chǎn)的膜稍厚約10 um。

盡管n型蝕刻速度略快于p型硅，但硅襯底的摻雜類型對(duì)硅蝕刻速率幾乎沒有影響。無論氫氧化鉀溶液的濃度如何，二氧化硅的蝕刻二氧化硅的蝕刻的濃度如何。在80歲時(shí)，使用重量為33%的二氧化硅℃二氧化硅較大蝕刻率為450納米/小時(shí)。% KOH。在較大蝕刻率為3.0微米/分鐘的氫氧化鉀濃度下，可以感知鋁蝕刻率。蝕刻硅表面隨著氫氧化鉀濃度和鍍液溫度的增加而變得光滑。由于蝕刻過程中產(chǎn)生的氫氣泡被掩蓋，硅表面粗糙度隨著蝕刻持續(xù)時(shí)間的增加而降低。

該蝕刻劑的蝕刻過程為90℃在溫度下進(jìn)行。這是因?yàn)樵摴に嚨妮^佳溫度范圍是70℃—90℃，但在特定范圍內(nèi)的較高溫度值下只能獲得較佳蝕刻率。蝕刻劑濃度為25%，因?yàn)榧內(nèi)谆h(huán)己烷會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的底切。使用25%濃度的另一個(gè)具體原因是表面粗糙度隨之而來TMAH濃度增加減少，只有25% TMAH表面光滑。即使在這里，蝕刻速率也隨著蝕刻劑濃度的增加而降低，蝕刻速率隨溫度而增加。

與氫氧化鉀(35%)的濃度相比，三氧化二氫(25%)的蝕刻劑濃度較少，但處理時(shí)間增加。還可以評(píng)估晶面蝕刻速率對(duì)溫度和濃度的依賴性，二氧化硅和S13N4的選擇性、鋁蝕刻率對(duì)溶解硅量的依賴性、多晶硅蝕刻率對(duì)硼濃度的依賴性和電化學(xué)蝕刻特性。實(shí)驗(yàn)表明，蝕刻率隨濃度的增加而降低。蝕刻表面有時(shí)被金字塔形小丘覆蓋，當(dāng)重量百分比為5%時(shí)，蝕刻速率變得很低。蝕刻表面的光滑度隨濃度的增加而急劇變化。重量百分比為5%時(shí)，表面覆蓋高密度金字塔形小丘。隨著濃度從5重量%增加到15重量%，小丘的密度降低，得到更小的小丘。重量超過22%，表面非常光滑。22 wt 1000%溶液的粗糙度 nm以內(nèi)。粗糙度不顯著依賴溫度。當(dāng)濃度從5重量%增加到22重量%時(shí)，粗糙度變小，并在30重量%時(shí)獲得相當(dāng)光滑的表面。

鋁蝕刻率表明，溶解硅量增加，鋁蝕刻率降低。當(dāng)溶解硅超過40時(shí) g/l鋁腐蝕率迅速下降。 g/l鋁蝕刻率為0.01。

總結(jié)

根據(jù)各自的蝕刻濃度和執(zhí)行蝕刻工藝的溫度，明確討論了用于蝕刻工藝的蝕刻劑和蝕刻劑的優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)過蝕刻的晶片方塊必須在補(bǔ)償結(jié)構(gòu)被蝕刻后獲得完美的晶片方塊。這種情況使我們清楚地了解完美蝕刻方塊的加工時(shí)間。一些蝕刻劑是表面活性劑和非離子氫氧化鉀和三氧化二氫溶液，用于評(píng)估各種操作參數(shù)下的蝕刻性能，包括硅平面的蝕刻速率和粗糙度質(zhì)量、硅溶解對(duì)二氧化硅的選擇性以及減少凸角的底部切割。隨著濃度的增加，蝕刻率降低。蝕刻表面的粗糙度隨濃度的增加而降低，表面非常光滑。溶解硅TMAH降低鋁在溶液中的蝕刻率。確認(rèn)使用重硼摻雜層或p-n適用于結(jié)蝕刻停止技術(shù)TMAH溶液?？梢缘贸鼋Y(jié)論，TMAH硅微加工解決方案很有前途。

引言

在微加工過程中有許多加工步驟。蝕刻是微制造過程中的一個(gè)重要步驟。術(shù)語蝕刻是指在制造過程中從晶片表面去除層。這是一個(gè)非常重要的過程，每個(gè)晶片都要經(jīng)歷許多蝕刻過程。用于保護(hù)晶片免受蝕刻劑影響的材料稱為掩模材料，用于許多蝕刻步驟來抵抗蝕刻。該掩模材料可為光致耐蝕劑，并采用光刻法進(jìn)行圖案化。蝕刻也可稱為空腔制作，應(yīng)根據(jù)用途具有特定的深度。這種空腔的深度可以通過蝕刻時(shí)間和速率來控制。蝕刻機(jī)制的成功在于，多層結(jié)構(gòu)的頂層應(yīng)完全去除，底層或掩模層應(yīng)無損壞。這完全取決于兩種材料的蝕刻率比，稱為選擇性。蝕刻會(huì)削弱掩模層，產(chǎn)生形成空腔的傾斜側(cè)壁。底切的距離稱為偏差。

蝕刻類型

各向同性蝕刻：

濕蝕刻劑通常是各向同性的，在厚膜蝕刻過程中會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。它們還需要處理大量的有毒廢物。這種蝕刻方法在后端處理(BEOL)在此處理中，晶片在晶片背面研磨后通常非常薄，對(duì)熱或機(jī)械類型的應(yīng)力非常敏感。蝕刻幾微米的薄層會(huì)去除背面研磨過程中產(chǎn)生的微裂紋，導(dǎo)致晶片強(qiáng)度和靈活性顯著增加。

氫氟酸、硝酸和乙酸各向同性濕法蝕刻(HNA)硅較常見的蝕刻劑溶劑是混合物。每種蝕刻劑的濃度決定了蝕刻速率。二氧化硅或氮化硅經(jīng)常被用作對(duì)抗HNA掩蔽材料。當(dāng)反應(yīng)發(fā)生時(shí)，材料以類似于向下蝕刻的速度橫向移除。濕化學(xué)蝕刻通常是各向同性的，即使有掩模，液體蝕刻劑也會(huì)滲透到掩模下。如果方向性對(duì)于高分辨率圖案的轉(zhuǎn)移非常重要，濕法化學(xué)蝕刻工藝通常是禁止的。

各向異性濕法蝕刻：

液體蝕刻劑以不同的速度蝕刻晶體材料。硅晶表面取決于蝕刻速率的巨大差異。使用類似硅的材料時(shí)，這種材料elTect各向異性可以允許很高。制造各種微機(jī)械器件的關(guān)鍵技術(shù)是各向異性蝕刻。由于蝕刻時(shí)間通常在硅平面上進(jìn)行，各向異性蝕刻中的蝕刻速率在蝕刻平面上要快得多。各向異性蝕刻的重要因素包括選擇性、處理和工藝兼容性以及各向異性。各向異性濕法蝕刻約1 μm典型的蝕刻速率/分鐘。

影響蝕刻的因素

基于晶體的方向：

晶體的方向是影響蝕刻的主要因素之一。在許多情況下，由于晶體的方向，腐蝕機(jī)的影響。米勒指數(shù)的概念對(duì)晶體方向的研究非常重要，因?yàn)樗挥脕?方向和平面。這些方向和平面可以是晶格或晶體。指數(shù)的數(shù)量將與晶格或晶體的大小相匹配。

基于蝕刻劑的類型：

蝕刻劑EDP代表乙二胺-鄰苯二酚。二氧化硅、氮化硅、金、鉻、銀、銅和鉭很容易掩蓋電子數(shù)據(jù)處理蝕刻，但電子數(shù)據(jù)處理可以蝕刻鋁。這種蝕刻劑腐蝕性強(qiáng)，致癌性強(qiáng)，蝕刻量不如氫氧化鉀。這種蝕刻劑會(huì)腐蝕附近的任何金屬。棕色污漬會(huì)留在難以去除的表面。與其它異性蝕刻相比，EDP凸角上的蝕刻速度更快。雖然這種蝕刻劑有很多優(yōu)點(diǎn)，但它與金屬氧化物半導(dǎo)體或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體完全不兼容。因此，這種蝕刻劑并沒有得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)于各向異性蝕刻工藝，這種蝕刻劑的使用已經(jīng)顯著減少。

基于蝕刻劑的溫度和濃度：

在氫氧化鉀的情況下，用這種蝕刻劑蝕刻的較佳溫度是80℃，蝕刻劑濃度為35%。這是因?yàn)樵谶@種情況下，具有較小表面粗糙度的較佳蝕刻率。蝕刻速率與蝕刻濃度成反比，與溫度成正比。對(duì)于較佳蝕刻劑濃度，通過生產(chǎn)厚度約為6um相等量的膜工作得更好，但當(dāng)蝕刻劑濃度較低時(shí)，電鍍蝕刻停止仍然工作，但隨后生產(chǎn)的膜稍厚約10 um。

盡管n型蝕刻速度略快于p型硅，但硅襯底的摻雜類型對(duì)硅蝕刻速率幾乎沒有影響。無論氫氧化鉀溶液的濃度如何，二氧化硅的蝕刻二氧化硅的蝕刻的濃度如何。在80歲時(shí)，使用重量為33%的二氧化硅℃二氧化硅較大蝕刻率為450納米/小時(shí)。% KOH。在較大蝕刻率為3.0微米/分鐘的氫氧化鉀濃度下，可以感知鋁蝕刻率。蝕刻硅表面隨著氫氧化鉀濃度和鍍液溫度的增加而變得光滑。由于蝕刻過程中產(chǎn)生的氫氣泡被掩蓋，硅表面粗糙度隨著蝕刻持續(xù)時(shí)間的增加而降低。

該蝕刻劑的蝕刻過程為90℃在溫度下進(jìn)行。這是因?yàn)樵摴に嚨妮^佳溫度范圍是70℃—90℃，但在特定范圍內(nèi)的較高溫度值下只能獲得較佳蝕刻率。蝕刻劑濃度為25%，因?yàn)榧內(nèi)谆h(huán)己烷會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的底切。使用25%濃度的另一個(gè)具體原因是表面粗糙度隨之而來TMAH濃度增加減少，只有25% TMAH表面光滑。即使在這里，蝕刻速率也隨著蝕刻劑濃度的增加而降低，蝕刻速率隨溫度而增加。

與氫氧化鉀(35%)的濃度相比，三氧化二氫(25%)的蝕刻劑濃度較少，但處理時(shí)間增加。還可以評(píng)估晶面蝕刻速率對(duì)溫度和濃度的依賴性，二氧化硅和S13N4的選擇性、鋁蝕刻率對(duì)溶解硅量的依賴性、多晶硅蝕刻率對(duì)硼濃度的依賴性和電化學(xué)蝕刻特性。實(shí)驗(yàn)表明，蝕刻率隨濃度的增加而降低。蝕刻表面有時(shí)被金字塔形小丘覆蓋，當(dāng)重量百分比為5%時(shí)，蝕刻速率變得很低。蝕刻表面的光滑度隨濃度的增加而急劇變化。重量百分比為5%時(shí)，表面覆蓋高密度金字塔形小丘。隨著濃度從5重量%增加到15重量%，小丘的密度降低，得到更小的小丘。重量超過22%，表面非常光滑。22 wt 1000%溶液的粗糙度 nm以內(nèi)。粗糙度對(duì)溫度沒有顯著的依賴性。隨著濃度從5重量%增加到22重量%，粗糙度變小，并且在30重量%時(shí)獲得相當(dāng)光滑的表面。

鋁的蝕刻速率表明，溶解硅的量增加，鋁的蝕刻速率降低。當(dāng)溶解硅超過40 g/l時(shí)，鋁腐蝕速率迅速下降。對(duì)于67 g/l的溶解硅，獲得了0.01的鋁蝕刻速率。