半导体工艺之从显影到最终检查(七)

文摘   2024-10-27 07:01   北京  

选择性

蚀刻步骤中的另一个目标是保护蚀刻层下的表面。如果晶圆表面的部分被蚀刻掉,器件的物理尺寸和电气性能会发生变化。与蚀刻过程相关的保护表面的性质是选择性。它表示为层材料的蚀刻速率与下层表面的蚀刻速率之比。氧化层或硅选择性从20到40不等,具体取决于蚀刻方法。高选择性意味着对下层表面的攻击很小或没有。在选择性良好的蚀刻中小接触孔具有大于3:1的宽高比时,选择性成为一个问题。选择性也适用于去除光刻胶。这在干法蚀刻过程中更是一个考虑因素。虽然顶层正在被蚀刻剂去除,但一些光刻胶也被去除。选择性因子必须足够高,以确保在蚀刻完成之前表面不会失去其保护性光刻胶层。


湿法喷雾蚀刻

与浸泡蚀刻相比,湿法喷雾蚀刻提供了几个优点。首先是从喷雾的机械压力中获得的额外定义。


喷雾蚀刻还最小化了蚀刻剂的污染。从过程控制的角度来看,喷雾蚀刻更可控,因为可以通过将系统切换到水冲洗来立即从表面移除蚀刻剂。单晶圆旋转吸盘喷雾系统提供了相当大的过程均匀性优势。


喷雾蚀刻的缺点是系统成本、与压力系统中的腐蚀性蚀刻剂相关的安全性考虑,以及需要蚀刻抗性材料以防止机器恶化。正面的是,喷雾系统通常是封闭的,这增加了工人的安全性。


批量浸泡蚀刻虽然具有高生产力,但也无法满足小特征尺寸和/或大直径晶圆的均匀性要求。带有机器人装载和卸载系统的单晶圆模块喷雾工具克服了批量浸泡蚀刻的限制。它们提供了对化学成分、定时和蚀刻均匀性的所需控制。用于蚀刻硅技术中不同层的常见化学品在以下部分中讨论。下图所示是常见半导体膜及其常见蚀刻剂的表格。

硅湿法蚀刻

硅层通常用硝酸和氢氟酸(HF)酸水溶液蚀刻。公式成为控制蚀刻的重要因素。在某些比例下,蚀刻与硅的放热反应。放热反应是产生热量的反应,这反过来加速了蚀刻反应,进而产生更多的热量,依此类推,导致无法控制的过程。有时,混合了其他成分以控制放热反应。


一些器件需要将沟槽或槽蚀刻到硅表面。蚀刻公式被调整以使蚀刻速率依赖于晶圆的取向。晶圆以45°角蚀刻,而晶圆以“平坦”底部蚀刻。其他取向导致不同形状的沟槽。


多晶硅薄膜也用相同的基本公式蚀刻。

硅二氧化物湿法蚀刻

最常见的蚀刻层是热生长的硅二氧化物。基本蚀刻剂是氢氟酸,它的优点是溶解硅二氧化物而不攻击硅。然而,全强度HF的蚀刻速率在室温下约为300 Å/s。


这个速率对于可控过程来说太快了(一个3000-Å的层只会蚀刻10秒)。在实践中,HF(49%的测定)与水或氟化铵和水混合。氟化铵起到了阻止加速蚀刻速率的氢离子产生的缓冲剂作用。这些溶液被称为缓冲氧化物蚀刻剂或BOE。它们以不同的强度混合,以创建特定氧化物厚度的合理蚀刻时间(下图所示)。一些BOE配方包括润湿剂(如Triton X100或等效物)的表面活性剂,以降低蚀刻的表面张力,使其能够均匀地渗透到较小的开口中。

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