刻蝕方法分為:干法刻蝕和濕法刻蝕,干法刻蝕是以等離子體進(jìn)行薄膜刻蝕的技術(shù),一般是借助等離子體中產(chǎn)生的粒子轟擊刻蝕區(qū),它是各向異性的刻蝕技術(shù),即在被刻蝕的區(qū)域內(nèi),各個方向上的刻蝕速度不同,通常Si3N4、多晶硅、金屬以及合金材料采用干法刻蝕技術(shù);濕法刻蝕是將被刻蝕材料浸泡在腐蝕液內(nèi)進(jìn)行腐蝕的技術(shù),這是各向同性的刻蝕方法,利用化學(xué)反應(yīng)過程去除待刻蝕區(qū)域的薄膜材料,通常SiO2采用濕法刻蝕技術(shù),有時金屬鋁也采用濕法刻蝕技術(shù)。
下面分別介紹各種薄膜的腐蝕方法流程:
二氧化硅腐蝕:
在二氧化硅硅片腐蝕機(jī)中進(jìn)行,腐蝕液是由HF、NH4F、與H2O按一定比例配成的緩沖溶液。腐蝕溫度一定時,腐蝕速率取決于腐蝕液的配比和SiO2摻雜情況。摻磷濃度越高,腐蝕越快,摻硼則相反。SiO2腐蝕速率對溫度最敏感,溫度越高,腐蝕越快。
具體步驟為:
1、將裝有待腐蝕硅片的片架放入浸潤劑(FUJI FILM DRIWEL)中浸泡10—15S,上下晃動,浸潤劑(FUJI FILM DRIWEL)的作用是減小硅片的表面張力,使得腐蝕液更容易和二氧化硅層接觸,從而達(dá)到充分腐蝕;
2、將片架放入裝有二氧化硅腐蝕液(氟化銨溶液)的槽中浸泡,上下晃動片架使得二氧化硅腐蝕更充分,腐蝕時間可以調(diào)整,直到二氧化硅腐蝕干凈為止;
3、沖純水;
4、甩干。
二氧化硅腐蝕機(jī)理為:
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
SiF4+2HF=H2SiF6
H2SiF6(六氟硅酸)是可溶于水的絡(luò)合物,利用這個性質(zhì)可以很容易通過光刻工藝實(shí)現(xiàn)選擇性腐蝕二氧化硅。為了獲得穩(wěn)定的腐蝕速率,腐蝕二氧化硅的腐蝕液一般用HF、NH4F與純水按一定比例配成緩沖液。
由于基區(qū)的氧化層較發(fā)射區(qū)的厚,以前小功率三極管的三次光刻(引線孔光刻)一般基極光刻和發(fā)射極光刻分步光刻,現(xiàn)在大部分都改為一步光刻,只有少部分品種還分步光刻,比如2XN003,2XN004,2XN013,2XP013等。但是由于基區(qū)的氧化層一般比發(fā)射區(qū)的厚,所以刻蝕時容易發(fā)生氧化區(qū)的侵蝕。
二氧化硅腐蝕后檢查:
1、窗口內(nèi)無殘留SiO2(去膠重新光刻);
2、窗口內(nèi)無氧化物小島(去膠重新光刻);
3、窗口邊緣無過腐蝕(去膠重新光刻);
4、窗口內(nèi)無染色現(xiàn)象(報(bào)廢);
5、氧化膜無腐蝕針孔(去膠重新光刻);
6、氧化膜無劃傷等(去膠重新光刻)。
Al上CVD腐蝕:
摻磷的SiO2是磷硅玻璃,如果PSG是長在鋁上做鈍化層,這時采用二氧化硅腐蝕液腐蝕會傷及鋁層,所以一般采用如下腐蝕液:冰乙酸:氟化銨=2:3。具體步驟為:
1、將裝有待腐蝕硅片的片架放入浸潤劑(FUJI FILM DRIWEL)中浸泡10—15S;
2、將片架放入裝有腐蝕液(冰乙酸:氟化銨=2:3)的槽中浸泡,并且上下晃動片架;
3、將片架放入裝有甲醇溶液(甲醇:純水=1:1)的槽中浸泡;
4、在溢流槽中溢流沖水;
5、沖純水;
6、甩干。
鋁腐蝕:
在鋁腐蝕清洗機(jī)中進(jìn)行,具體步驟為:
1、將裝有待鋁腐蝕硅片的片架放入浸潤劑(FUJI FILM DRIWEL)中浸泡10-15s,并且上下晃動;
2、將片架放入裝有45℃左右的鋁腐蝕液(磷酸+硝酸+醋酸+純水)的槽中浸泡,上下晃動片架,使得鋁腐蝕更充分,腐蝕的時間根據(jù)先行片的腐蝕時間進(jìn)行調(diào)整,直到腐蝕后看到二氧化硅表面為止;
3、沖純水;
4、甩干:在甩干機(jī)中甩干后烘干。
磷酸約占80%,主要起腐蝕鋁的作用,硝酸占1%-5%,其與鋁反應(yīng)生成溶于水的硝酸鹽,可以提高腐蝕速率,但含量過多會影響光刻膠抗蝕刻能力,醋酸占10%左右,它能降低腐蝕液的表面張力,增加硅片與腐蝕液的浸潤效果,提高腐蝕均勻性,同時具有緩沖作用,純水占5%左右。
鋁腐蝕后檢驗(yàn),主要項(xiàng)目有:
1、連鋁、鋁過腐蝕、鋁條間殘鋁、鋁條不過細(xì)、鋁條氧化——去膠后重新蒸鋁;
2、鋁條變色(灰、黑、黃)——如果變色嚴(yán)重則報(bào)廢。
SIPOS腐蝕:
1、將裝有待腐蝕硅片的片架放入浸潤劑(FUJI FILM DRIWEL)中浸泡20—30S,上下晃動;
2、將片架放入裝有腐蝕液(40%NH4F溶液:H2O:40%HF溶液=10:6:1)的槽中浸泡,并且上下晃動片架;
3、沖純水;
4、甩干。
等離子體刻蝕:
等離子體刻蝕可用于刻蝕SiO2,Si3N4,多晶硅等,但是,通常氧化硅用濕法腐蝕快,而氮化硅也可以采用二氧化硅腐蝕液,但是腐蝕速度慢,因此氮化硅刻蝕用干法刻蝕,所用的設(shè)備有901E/903E TEGAL plasma etching system型等離子刻蝕設(shè)備,用的的刻蝕氣體有:CF4、O2、N2、SF6、CHF3、NF3、He、C2F6等。
1)Si3N4刻蝕:
在903E刻蝕機(jī)中刻蝕,刻蝕機(jī)內(nèi)通入的氣體有:CF4、NF3、He。
刻蝕機(jī)理是: CF4電離→CF3+F*(氟自由基)
CF3電離→CF2+F*
CF2電離→CF1+F*
12F*+ Si3N4→3Si F4↑+2 N2↑
氟游離基的作用是使氮化硅被腐蝕,生成物是氣體,被真空裝置抽氣抽走。為了加快腐蝕速率可以在CF4中加入少量氧氣(5%-8%),因?yàn)檠跄軌蛞种?/span>F*在反應(yīng)腔壁的損失,并且:CF4+O2→F* +O*+COF*+COF2+CO+…… (電離)
COF*壽命較長,當(dāng)它運(yùn)動到硅片表面時發(fā)生以下反應(yīng)從而加速了腐蝕速率:
COF*→F* CO (電離)
但是氧氣加多了要腐蝕光刻膠降低選擇比。
2)SIPOS、多晶硅刻蝕:
在901E刻蝕機(jī)中刻蝕,刻蝕機(jī)內(nèi)通入的氣體有:SF6。
玻璃腐蝕:
1、 配制5%HF溶液,
配制腐蝕液:5%HF溶液:H2O=3:50;
2、常溫下,將硅片放入腐蝕液中浸泡;
3、在溢流槽中沖洗;
4、沖純水;
5、甩干。
濕法去膠:
鋁淀積前去膠在SH去膠機(jī)(濕法腐蝕機(jī))中進(jìn)行,采用SH溶液將膠氧化的方法去膠,具體步驟為:
1、在SH清洗劑(98%H2SO4:H2O2=3:1)中浸泡;
2、在溫純水中溢流沖水;
3、在溢流槽中溢流沖水;
4、甩干。
由于酸對鋁有腐蝕作用,淀積鋁后去膠就不能用酸,在此采用有機(jī)溶劑OMR502剝離液去膠,在OMR剝離清洗機(jī)中進(jìn)行,具體步驟為:
1、在剝離液(OMR-83剝離液)中浸泡去除光刻膠;
2、再在H-1清洗劑中浸泡去除剝離液;
3、在異丙醇中浸泡去除H-1清洗劑;
4、沖純水;
5、甩干。
等離子體干法去膠:
用HDK-2型等離子刻蝕去膠機(jī)去膠,在去膠機(jī)內(nèi)通入刻蝕氣體O2。等離子體內(nèi)的活化氧使有機(jī)物在(50—100)℃下很快氧化,生成CO2、CO、H2O等揮發(fā)性成份,從而達(dá)到去膠目的。
特殊膠(PI鈍化產(chǎn)品、帶膠注入產(chǎn)品):PI去膠時除了O2,再加適量的CF4,如果去不干凈再在等離子刻蝕機(jī)上用SF6處理。
一般在Si3N4刻蝕后去膠用有機(jī)溶劑剝除,然后在等離子體去膠機(jī)中去膠絲,刻蝕后在顯微鏡下觀察硅片表面是否有殘絲。
去膠后檢查:
1、有殘膠——再去膠;
2、有殘液——再清洗;
3、有殘跡——用1號液清洗;
4、窗口有二氧化硅或鋁殘留。
半導(dǎo)體濕法腐蝕刻蝕清洗