集成電路濕法刻蝕設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-20 06:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 SiO2 + 6HF → H2 + SiF6 +2H2O由生產(chǎn)廠商提供的HF的濃度是49%(在水里)。但這種濃度的HF刻二氧化硅太快了，難以控制(例：熱生長二氧化硅的刻蝕速率在25℃時是300197。/秒)。所以代之以稀釋的HF。一般刻蝕劑中還包括緩沖劑，例如NH4F，它能防止氟離子的耗盡，這將保持穩(wěn)定的刻蝕特性。未加緩沖劑的HF會在光刻膠和二氧化硅的界面上，以及在去膠時產(chǎn)生過量的側(cè)向刻蝕。典型的緩沖劑和HF混合物(BHF)包括 6:1( 體 積 )的NH4F:HF(40%:49%) ，它刻蝕熱生長二氧化硅速率在25℃時 為 ～ 20197。/sec( 或1000197。/min)。對于一定溫度下的刻蝕劑，刻二氧化硅的速率也依賴于其它的幾個因素。例如：在蒸汽中熱生長的二氧化硅比干氧中生長的二氧化硅要稍快一點。在二氧化硅中的雜質(zhì)也會嚴重影響刻蝕的速率。高濃度的硼會導致刻蝕速率的降低，而高濃度的磷會加快刻蝕速率。離子注入產(chǎn)生的缺陷會加快二氧化硅的刻蝕速率。CVD二氧化硅刻的速率比熱生長的二氧化硅要快得多，但這一速率也依賴于許多其它的因素，包括淀積的條件、雜質(zhì)濃度、以及在淀積后熱處理的致密效果。作為一個總的結(jié)果，在低溫下淀積的二氧化硅薄膜比退火過的或在高溫下淀積的薄膜刻蝕速率要快。CVD二氧化硅通常在稀釋的HF刻蝕劑中刻蝕，因為其刻蝕速率較慢，也較容易控制(例：10:1100:1的H2O:HF)。 濕法刻蝕氮化硅氮化硅可以在180℃的溫度下，由回流煮沸的85%磷酸來刻蝕。然而在刻蝕過程中光刻膠也會被刻掉一點，因此在這個步驟中光刻膠的掩膜作用不是很好。因此大多數(shù)情況下都用一層薄二氧化硅層(熱生長的或淀積的)來作氮化硅的掩膜。二氧化硅層先用光刻膠來作掩膜進行刻蝕，然后去膠，再用二氧化硅掩膜對氮化硅進行磷酸刻蝕。氮化硅刻蝕的速率約為100197。/min，但對于CVD二氧化硅約為0～25197。/min。PECVD氮化硅薄膜比高溫CVD氮化硅有更高的刻蝕速率。薄膜的刻蝕速率極大地依賴于薄膜的組分，其表達式為SixNyHz.由于使用二氧化硅掩膜會增加工藝的復雜性，因此干法刻蝕氮化硅是另一個有吸引力的做法。事實上，微電子工業(yè)中第一次廣泛使用干法刻蝕的原因就是要刻氮化硅。 濕法刻蝕鋁濕法刻蝕鋁和鋁合金薄膜總的來說是在加熱的(35～45℃)磷酸、硝酸、醋酸、和水的混合液中進行刻蝕的。典型的溶液配比為80%磷酸、5%硝酸和10%的水?？涛g速率的范圍是1000～3000197。/min，并且依賴于包括刻蝕劑組分、溫度、光刻膠類型、刻蝕過程中水的攪拌和鋁薄膜中的雜質(zhì)或合金等幾個因素。濕法刻蝕鋁的化學機制如下：用硝酸形成氧化鋁，再用磷酸和水去除氧化鋁。轉(zhuǎn)變成Al2O3是和溶解過程同時發(fā)生的。在濕法刻蝕鋁中的一個難題是H2氣泡的問題。這些氣泡會牢固地附著在硅片表面，并阻止在氣泡附著位置的刻蝕。在刻蝕中進行機械攪拌，減小界面張力，可以用來使這一問題減到最小。周期性地把硅片從溶液中拿出也可以使氣泡破裂。圖3H2氣泡的形成和其它的問題(例：顯影過的金屬的局部沾污，局部氧化、以及在某個位置上刻蝕的延遲[特別是由于去膠的殘留物不完全])延遲了刻蝕開始的時間或延長了在硅片的所有部位進行完全地開始的時間。這樣，一旦給定了對于一定圖形的刻蝕時間，通常還要加10%～15%的過刻蝕時間以保證完全的刻蝕。 圖形生成的LIFT－OFF技術(shù) Liftoff的原理Liftoff是一種相對于刻蝕中的除去(removal)工藝來說附加的一種在硅片表面形成圖形的技術(shù)。也就是說，在liftoff中先用所謂的模板層(stencillayer)在硅片表面形成一個反的圖形，這樣就把襯底上特定的位置暴露出來。接著在模板層和暴露出來的襯底上都淀積上薄膜。然后在能溶解模板層的液體中把模板層去掉，這樣模板層上淀積的薄膜也一起被去掉了。淀積在襯底上的薄膜因此就留了下來，這樣圖形就形成了。Liftoff工藝成功的關(guān)鍵是要確保在模板層上的薄膜材料和襯底上的薄膜材料之間是明顯分開的。這使得溶解液可以腐蝕模板層，從而把模板層上的薄膜去掉。在臺階上進行低溫蒸發(fā)可以得到這樣分開的薄膜層。Liftoff技術(shù)主要的應(yīng)用包括互連金屬的圖形形成。 Liftoff的好處a) 混合層(例：Al/Ti/Al)可以頻繁地淀積，而顯現(xiàn)圖形只需要一次liftoff，而在刻蝕工藝中則需要多次的刻蝕步驟。b)可以避免產(chǎn)生難以去除的殘留物(例如干法刻蝕AlCu合金薄膜時留下來的銅的殘留物)，因為沒有必要對圖形進行刻蝕。c)圖形可以有很斜的側(cè)墻，這使得以后步驟的薄膜臺階覆蓋更好。另一方面，盡管由于以上的好處使liftoff得到了相當?shù)闹匾?，它仍有幾個嚴重的缺點，所以刻蝕工藝還是用得比較普遍。首先是模板層的形成有困難，模板層必須和淀積、光刻和溶解工藝相兼容，這些工藝也必須成功地進行才能由liftoff方法得到圖形。我們將用文字列舉一些liftoff工藝，并且詳細描述由Fried等為IBM雙極型VLSI技術(shù)開發(fā)出來的工藝。后者提供了一個包括生產(chǎn)合適的模板層在內(nèi)的復雜的例子。 為liftoff而作的模板層a) 光刻膠b) 兩層光刻膠c) 光刻膠/鋁/光刻膠層，d) 聚酰亞胺/鉬層，e)聚酰亞胺/聚砜(polysulfone)/SiO層，f)無機電介質(zhì)層/光刻膠，以及其它許多種模板層的材料。 liftoff工藝過程由Fried討論的liftoff工藝(圖17)先是用一層聚砜作為釋放層，然后加上一層正性膠(厚度超過金屬層)。這個組成的結(jié)構(gòu)要在超過200℃的溫度下加以烘烤，為的是在隨后的金屬淀積過程中，在高溫下熱穩(wěn)定更好。之后旋涂一層聚硅氧烷薄膜(2000～3000197。)。在經(jīng)過了再一次的200℃烘烤之后，加上光刻膠圖形。然后經(jīng)過曝光顯影。接著用RIE刻蝕，把聚硅氧烷、下層的光刻膠和聚砜層刻出圖形來。這一步驟需要接上兩個刻蝕步驟：一個是刻聚硅氧烷，另一個是刻余下的薄膜層。第二個刻蝕也會側(cè)向刻蝕聚硅氧烷，這就造成了一個懸空的結(jié)構(gòu)，保證在模板層上淀積的薄膜和襯底上淀積的薄膜是不連接的。在完成了對模板層的刻蝕之后，接著就把所有殘余的光刻膠都去掉，并蒸金屬。在把硅片浸到N－甲基吡咯烷酮之中，去除掉聚砜之后，整個liftoff過程就結(jié)束了，與此同時聚砜上的光刻膠、聚硅氧烷和淀積的金屬都被去掉了第四章 刻蝕的重要參數(shù) 刻蝕速率刻蝕速率是指在刻蝕過程中去除硅片表面材料
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1