《炬丰科技-半导体工艺》湿法蚀刻中不同蚀刻方法和各种蚀刻剂影响的综述

书籍:《炬丰科技-半导体工艺》

文章：湿蚀刻中不同蚀刻方法和各种蚀刻剂的综述

编号：JFKJ-21-1014

作者：炬丰科技

引言

在微加工过程中有许多加工步骤。蚀刻是微制造过程中的一个重要步骤。术语蚀刻是指在制造过程中从晶片表面去除层。这是一个非常重要的过程，每个晶片都要经历许多蚀刻过程。用于保护晶片免受蚀刻剂影响的材料称为掩模材料，用于许多蚀刻步骤来抵抗蚀刻。该掩模材料可为光致耐蚀剂，并采用光刻法进行图案化。蚀刻也可称为空腔制作，应根据用途具有特定的深度。这种空腔的深度可以通过蚀刻时间和速率来控制。蚀刻机制的成功在于，多层结构的顶层应完全去除，底层或掩模层应无损坏。这完全取决于两种材料的蚀刻率比，称为选择性。蚀刻会削弱掩模层，产生形成空腔的倾斜侧壁。底切的距离称为偏差。

蚀刻类型

各向同性蚀刻：

湿蚀刻剂通常是各向同性的，在厚膜蚀刻过程中会产生很大的偏差。它们还需要处理大量的有毒废物。这种蚀刻方法在后端处理(BEOL)在此处理中，晶片在晶片背面研磨后通常非常薄，对热或机械类型的应力非常敏感。蚀刻几微米的薄层会去除背面研磨过程中产生的微裂纹，导致晶片强度和灵活性显著增加。

氢氟酸、硝酸和乙酸各向同性湿法蚀刻(HNA)硅较常见的蚀刻剂溶剂是混合物。每种蚀刻剂的浓度决定了蚀刻速率。二氧化硅或氮化硅经常被用作对抗HNA掩蔽材料。当反应发生时，材料以类似于向下蚀刻的速度横向移除。湿化学蚀刻通常是各向同性的，即使有掩模，液体蚀刻剂也会渗透到掩模下。如果方向性对于高分辨率图案的转移非常重要，湿法化学蚀刻工艺通常是禁止的。

各向异性湿法蚀刻：

液体蚀刻剂以不同的速度蚀刻晶体材料。硅晶表面取决于蚀刻速率的巨大差异。使用类似硅的材料时，这种材料elTect各向异性可以允许很高。制造各种微机械器件的关键技术是各向异性蚀刻。由于蚀刻时间通常在硅平面上进行，各向异性蚀刻中的蚀刻速率在蚀刻平面上要快得多。各向异性蚀刻的重要因素包括选择性、处理和工艺兼容性以及各向异性。各向异性湿法蚀刻约1 μm典型的蚀刻速率/分钟。

影响蚀刻的因素

基于晶体的方向：

晶体的方向是影响蚀刻的主要因素之一。在许多情况下，由于晶体的方向，腐蚀机的影响。米勒指数的概念对晶体方向的研究非常重要，因为它被用来*方向和平面。这些方向和平面可以是晶格或晶体。指数的数量将与晶格或晶体的大小相匹配。

基于蚀刻剂的类型：

蚀刻剂EDP代表乙二胺-邻苯二酚。二氧化硅、氮化硅、金、铬、银、铜和钽很容易掩盖电子数据处理蚀刻，但电子数据处理可以蚀刻铝。这种蚀刻剂腐蚀性强，致癌性强，蚀刻量不如氢氧化钾。这种蚀刻剂会腐蚀附近的任何金属。棕色污渍会留在难以去除的表面。与其它异性蚀刻相比，EDP凸角上的蚀刻速度更快。虽然这种蚀刻剂有很多优点，但它与金属氧化物半导体或互补金属氧化物半导体完全不兼容。因此，这种蚀刻剂并没有得到广泛的应用，对于各向异性蚀刻工艺，这种蚀刻剂的使用已经显著减少。

基于蚀刻剂的温度和浓度：

在氢氧化钾的情况下，用这种蚀刻剂蚀刻的较佳温度是80℃，蚀刻剂浓度为35%。这是因为在这种情况下，具有较小表面粗糙度的较佳蚀刻率。蚀刻速率与蚀刻浓度成反比，与温度成正比。对于较佳蚀刻剂浓度，通过生产厚度约为6um相等量的膜工作得更好，但当蚀刻剂浓度较低时，电镀蚀刻停止仍然工作，但随后生产的膜稍厚约10 um。

尽管n型蚀刻速度略快于p型硅，但硅衬底的掺杂类型对硅蚀刻速率几乎没有影响。无论氢氧化钾溶液的浓度如何，二氧化硅的蚀刻二氧化硅的蚀刻的浓度如何。在80岁时，使用重量为33%的二氧化硅℃二氧化硅较大蚀刻率为450纳米/小时。% KOH。在较大蚀刻率为3.0微米/分钟的氢氧化钾浓度下，可以感知铝蚀刻率。蚀刻硅表面随着氢氧化钾浓度和镀液温度的增加而变得光滑。由于蚀刻过程中产生的氢气泡被掩盖，硅表面粗糙度随着蚀刻持续时间的增加而降低。

该蚀刻剂的蚀刻过程为90℃在温度下进行。这是因为该工艺的较佳温度范围是70℃—90℃，但在特定范围内的较高温度值下只能获得较佳蚀刻率。蚀刻剂浓度为25%，因为纯三甲基环己烷会导致严重的底切。使用25%浓度的另一个具体原因是表面粗糙度随之而来TMAH浓度增加减少，只有25% TMAH表面光滑。即使在这里，蚀刻速率也随着蚀刻剂浓度的增加而降低，蚀刻速率随温度而增加。

与氢氧化钾(35%)的浓度相比，三氧化二氢(25%)的蚀刻剂浓度较少，但处理时间增加。还可以评估晶面蚀刻速率对温度和浓度的依赖性，二氧化硅和S13N4的选择性、铝蚀刻率对溶解硅量的依赖性、多晶硅蚀刻率对硼浓度的依赖性和电化学蚀刻特性。实验表明，蚀刻率随浓度的增加而降低。蚀刻表面有时被金字塔形小丘覆盖，当重量百分比为5%时，蚀刻速率变得很低。蚀刻表面的光滑度随浓度的增加而急剧变化。重量百分比为5%时，表面覆盖高密度金字塔形小丘。随着浓度从5重量%增加到15重量%，小丘的密度降低，得到更小的小丘。重量超过22%，表面非常光滑。22 wt 1000%溶液的粗糙度 nm以内。粗糙度不显著依赖温度。当浓度从5重量%增加到22重量%时，粗糙度变小，并在30重量%时获得相当光滑的表面。

铝蚀刻率表明，溶解硅量增加，铝蚀刻率降低。当溶解硅超过40时 g/l铝腐蚀率迅速下降。 g/l铝蚀刻率为0.01。

总结

根据各自的蚀刻浓度和执行蚀刻工艺的温度，明确讨论了用于蚀刻工艺的蚀刻剂和蚀刻剂的优缺点。经过蚀刻的晶片方块必须在补偿结构被蚀刻后获得完美的晶片方块。这种情况使我们清楚地了解完美蚀刻方块的加工时间。一些蚀刻剂是表面活性剂和非离子氢氧化钾和三氧化二氢溶液，用于评估各种操作参数下的蚀刻性能，包括硅平面的蚀刻速率和粗糙度质量、硅溶解对二氧化硅的选择性以及减少凸角的底部切割。随着浓度的增加，蚀刻率降低。蚀刻表面的粗糙度随浓度的增加而降低，表面非常光滑。溶解硅TMAH降低铝在溶液中的蚀刻率。确认使用重硼掺杂层或p-n适用于结蚀刻停止技术TMAH溶液。可以得出结论，TMAH硅微加工解决方案很有前途。

引言

在微加工过程中有许多加工步骤。蚀刻是微制造过程中的一个重要步骤。术语蚀刻是指在制造过程中从晶片表面去除层。这是一个非常重要的过程，每个晶片都要经历许多蚀刻过程。用于保护晶片免受蚀刻剂影响的材料称为掩模材料，用于许多蚀刻步骤来抵抗蚀刻。该掩模材料可为光致耐蚀剂，并采用光刻法进行图案化。蚀刻也可称为空腔制作，应根据用途具有特定的深度。这种空腔的深度可以通过蚀刻时间和速率来控制。蚀刻机制的成功在于，多层结构的顶层应完全去除，底层或掩模层应无损坏。这完全取决于两种材料的蚀刻率比，称为选择性。蚀刻会削弱掩模层，产生形成空腔的倾斜侧壁。底切的距离称为偏差。

蚀刻类型

各向同性蚀刻：

湿蚀刻剂通常是各向同性的，在厚膜蚀刻过程中会产生很大的偏差。它们还需要处理大量的有毒废物。这种蚀刻方法在后端处理(BEOL)在此处理中，晶片在晶片背面研磨后通常非常薄，对热或机械类型的应力非常敏感。蚀刻几微米的薄层会去除背面研磨过程中产生的微裂纹，导致晶片强度和灵活性显著增加。

氢氟酸、硝酸和乙酸各向同性湿法蚀刻(HNA)硅较常见的蚀刻剂溶剂是混合物。每种蚀刻剂的浓度决定了蚀刻速率。二氧化硅或氮化硅经常被用作对抗HNA掩蔽材料。当反应发生时，材料以类似于向下蚀刻的速度横向移除。湿化学蚀刻通常是各向同性的，即使有掩模，液体蚀刻剂也会渗透到掩模下。如果方向性对于高分辨率图案的转移非常重要，湿法化学蚀刻工艺通常是禁止的。

各向异性湿法蚀刻：

液体蚀刻剂以不同的速度蚀刻晶体材料。硅晶表面取决于蚀刻速率的巨大差异。使用类似硅的材料时，这种材料elTect各向异性可以允许很高。制造各种微机械器件的关键技术是各向异性蚀刻。由于蚀刻时间通常在硅平面上进行，各向异性蚀刻中的蚀刻速率在蚀刻平面上要快得多。各向异性蚀刻的重要因素包括选择性、处理和工艺兼容性以及各向异性。各向异性湿法蚀刻约1 μm典型的蚀刻速率/分钟。

影响蚀刻的因素

基于晶体的方向：

晶体的方向是影响蚀刻的主要因素之一。在许多情况下，由于晶体的方向，腐蚀机的影响。米勒指数的概念对晶体方向的研究非常重要，因为它被用来*方向和平面。这些方向和平面可以是晶格或晶体。指数的数量将与晶格或晶体的大小相匹配。

基于蚀刻剂的类型：

蚀刻剂EDP代表乙二胺-邻苯二酚。二氧化硅、氮化硅、金、铬、银、铜和钽很容易掩盖电子数据处理蚀刻，但电子数据处理可以蚀刻铝。这种蚀刻剂腐蚀性强，致癌性强，蚀刻量不如氢氧化钾。这种蚀刻剂会腐蚀附近的任何金属。棕色污渍会留在难以去除的表面。与其它异性蚀刻相比，EDP凸角上的蚀刻速度更快。虽然这种蚀刻剂有很多优点，但它与金属氧化物半导体或互补金属氧化物半导体完全不兼容。因此，这种蚀刻剂并没有得到广泛的应用，对于各向异性蚀刻工艺，这种蚀刻剂的使用已经显著减少。

基于蚀刻剂的温度和浓度：

在氢氧化钾的情况下，用这种蚀刻剂蚀刻的较佳温度是80℃，蚀刻剂浓度为35%。这是因为在这种情况下，具有较小表面粗糙度的较佳蚀刻率。蚀刻速率与蚀刻浓度成反比，与温度成正比。对于较佳蚀刻剂浓度，通过生产厚度约为6um相等量的膜工作得更好，但当蚀刻剂浓度较低时，电镀蚀刻停止仍然工作，但随后生产的膜稍厚约10 um。

尽管n型蚀刻速度略快于p型硅，但硅衬底的掺杂类型对硅蚀刻速率几乎没有影响。无论氢氧化钾溶液的浓度如何，二氧化硅的蚀刻二氧化硅的蚀刻的浓度如何。在80岁时，使用重量为33%的二氧化硅℃二氧化硅较大蚀刻率为450纳米/小时。% KOH。在较大蚀刻率为3.0微米/分钟的氢氧化钾浓度下，可以感知铝蚀刻率。蚀刻硅表面随着氢氧化钾浓度和镀液温度的增加而变得光滑。由于蚀刻过程中产生的氢气泡被掩盖，硅表面粗糙度随着蚀刻持续时间的增加而降低。

该蚀刻剂的蚀刻过程为90℃在温度下进行。这是因为该工艺的较佳温度范围是70℃—90℃，但在特定范围内的较高温度值下只能获得较佳蚀刻率。蚀刻剂浓度为25%，因为纯三甲基环己烷会导致严重的底切。使用25%浓度的另一个具体原因是表面粗糙度随之而来TMAH浓度增加减少，只有25% TMAH表面光滑。即使在这里，蚀刻速率也随着蚀刻剂浓度的增加而降低，蚀刻速率随温度而增加。

与氢氧化钾(35%)的浓度相比，三氧化二氢(25%)的蚀刻剂浓度较少，但处理时间增加。还可以评估晶面蚀刻速率对温度和浓度的依赖性，二氧化硅和S13N4的选择性、铝蚀刻率对溶解硅量的依赖性、多晶硅蚀刻率对硼浓度的依赖性和电化学蚀刻特性。实验表明，蚀刻率随浓度的增加而降低。蚀刻表面有时被金字塔形小丘覆盖，当重量百分比为5%时，蚀刻速率变得很低。蚀刻表面的光滑度随浓度的增加而急剧变化。重量百分比为5%时，表面覆盖高密度金字塔形小丘。随着浓度从5重量%增加到15重量%，小丘的密度降低，得到更小的小丘。重量超过22%，表面非常光滑。22 wt 1000%溶液的粗糙度 nm以内。粗糙度对温度没有显著的依赖性。随着浓度从5重量%增加到22重量%，粗糙度变小，并且在30重量%时获得相当光滑的表面。

铝的蚀刻速率表明，溶解硅的量增加，铝的蚀刻速率降低。当溶解硅超过40 g/l时，铝腐蚀速率迅速下降。对于67 g/l的溶解硅，获得了0.01的铝蚀刻速率。