。刻蚀便是运用光刻胶或其它资料做掩蔽层,对没有维护的区域进行腐蚀,终究完成将掩膜版上的图形变成硅片(或晶圆)上的图形,完成图形搬运。
浅显来说,刻蚀便是光刻后运用化学或物理的手法,对硅片本体精雕细琢的进程。刻蚀后在硅片上出现出逻辑电路结构。在本篇文章中,将要点论述湿法刻蚀。(下图中,Photoresist Mask光刻胶维护的部分,没有被刻蚀掉。)
在IC制作工艺中,刻蚀首要分为两类,干法刻蚀和湿法刻蚀。湿法刻蚀运用液态化学品,让硅片在强酸强碱溶液中刻蚀。干法刻蚀,运用气体等离子体,让硅片在化学气体的离子轰击下部分刻蚀。依照其反响的实质,能够分为化学办法,物理办法,化学与物理结合的办法。
首要,湿法刻蚀是朴实的化学反响,它是运用化学试剂,与被刻蚀资料产生化学反响生成可溶性物质或挥发性物质。湿法刻蚀的技能,在古代就得到了许多运用。比方在中世纪的时分,欧洲人会用酸性溶液在金属盔甲上蚀刻雕花。在前期集成电路年代,工程师用强酸强碱来大规模刻出芯片。(下图中,各种刻蚀办法出现的沟槽作用)
芯片上还有硅、氧化硅、碳化硅、氮化镓等各种介质。湿法刻蚀需求运用各种不同的强酸强碱去去除这些杂质。比方硅比金属安稳,需求运用浓硝酸和氢氟酸去溶解,外加乙酸谐和,简称HNA溶剂。其间氢氟酸十分风险,触摸皮肤后,会敏捷进入安排,腐蚀骨骼,俗称化骨水。
不同的晶向的硅,腐蚀速率也不同,一般常用KOH腐蚀单晶硅。关于二氧化硅,常用NH4F作为缓冲液,防止HF对二氧化硅腐蚀太快。
针对刻蚀的终究要求,图形搬运时的保真度,挑选比,均匀性和刻蚀的清洁。刻蚀有几个要害目标,刻蚀速率,挑选比,方向性。
刻蚀速率,是指单位时刻内硅片外表被刻蚀的资料去除量。通常是刻蚀厚度除以刻蚀时长,每分钟丢失多少微米的厚度,或者是每秒钟丢失多少纳米的厚度。在湿法刻蚀中,刻蚀深度是运用刻蚀时长来操控。
挑选比,对不同的资料的刻蚀速率的比值。比方硅和光刻胶的挑选比是10:1,那每刻蚀掉10微米的硅,就会丢失1微米的光刻胶。所以挑选比越高,刻蚀越安全。
一般的湿法刻蚀没有方向,朝各个方向均匀腐蚀,简称为各向同性。在业界,各向同性会导致钻蚀,挖穿本应被光刻胶维护的区域,导致器材短路或开路。在芯片规划中,抱负状况是没有横向刻蚀,只要纵向刻蚀,这叫各向异性。
现实状况中,横向刻蚀无法防止,只能是削减。比方运用单晶硅在不同晶向上对氢氧化钾的耐腐蚀性不同,溶液在底部平面的腐蚀速度,要比在旁边面斜面强数百倍。
在21世纪初,集成电路开端进入几十纳米阶段。湿法刻蚀因为其存在的局限性,退出了许多工艺制程。干法刻蚀,得到了工程师和设备商的喜爱。
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