濕法蝕刻與干法蝕刻有什么不同

引言

在半導(dǎo)體芯片的物理和故障分析過(guò)程中(即驗(yàn)證實(shí)際沉積的層，與導(dǎo)致電路故障的原因)，為了評(píng)估復(fù)雜的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，擁有適當(dāng)?shù)奶幚砉ぞ咧陵P(guān)重要。為制造的每件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了去加工技術(shù)，涉及多步pfo程序，揭示芯片的逐層秘密。隨著制造工藝的變化和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的變化，這些技術(shù)需要在時(shí)間和程序上不斷調(diào)整。雖然有許多工具有助于這些分析，如RIE(反應(yīng)離子蝕刻-一種干法蝕刻技術(shù))、離子銑削和微切割，但鎢的濕法化學(xué)蝕刻有時(shí)比RIE技術(shù)更具重現(xiàn)性。

鎢是MOS(硅上金屬)器件中用于互連和電路的常用沉積金屬。襯里材料用于橋接金屬-硅，或防止金屬和摻雜硅襯底之間的相互作用。耐火互連襯里可以包括MoSi或WSi，而阻擋材料包括TiW和TiN。在某些情況下，制造過(guò)程中引入的外來(lái)物質(zhì)(FM)會(huì)腐蝕桿或襯墊材料。FM會(huì)形成不必要的連接(短路)或不必要的絕緣(開(kāi)路)。在對(duì)芯片進(jìn)行電氣測(cè)試后，失敗的信號(hào)通常指向?qū)е码娐饭收系娜毕菰?。作為一個(gè)例子，如果電測(cè)試信號(hào)指示鎢層下面有缺陷，則希望僅去除鎢，同時(shí)保持襯墊的完整性，以評(píng)估缺陷的來(lái)源。在其他方面例如，需要高亮蝕刻以使鎢稍微凹陷并限定襯里層。在這兩種情況下，鎢的一些表面(自上而下或橫截面)必須在鎢蝕刻之前暴露。

腐蝕劑描述

兩種相當(dāng)快速和容易的濕法蝕刻將去除鎢但保留大部分襯墊完整，它們是:1)次氯酸鈉(na0ci)和2)1∶1比例的氫氧化銨(NH?0H)和過(guò)氧化氫(H2Oz)。蝕刻劑如下，并且基于最終得到可溶產(chǎn)品，為這些蝕刻劑中的每一種提供化學(xué)反應(yīng)。

1)使用家用漂白劑(5.25%次氯酸鈉)。試劑等級(jí)也可以，但通常不值得花費(fèi)。在Pyrex燒杯中加熱約50至100 mL至60°c。該蝕刻劑可使用6小時(shí)而無(wú)明顯降解，但在此之后應(yīng)進(jìn)行處理和補(bǔ)充。

所得的可能反應(yīng)產(chǎn)生二氧化二氯鎢(W02CIz)的溶度積:

3 NaCI 0+W+Hz0-> Woz ciz+NaCl+2 na0h

2)在室溫下，在Nalgene、玻璃或teflon燒杯中混合試劑級(jí)NH?0H與Hz0z的1:1溶液(使用35% H2O2)。為獲得最佳可靠性，請(qǐng)?jiān)诨旌虾?小時(shí)內(nèi)使用，因?yàn)镠z0t會(huì)分解?？赡馨l(fā)生的反應(yīng)產(chǎn)生仲鎢酸銨((nh?)zw 0236 H2O)的溶度積:

7w+21hz+6nh?0h-->(nk?)?w 023 ' 6h 0+18hq

不銹鋼或耐化學(xué)腐蝕的鑷子也可以。將芯片放在邊緣并靠在燒杯上，以幫助從燒杯中取出芯片。確保芯片足夠大，能夠被Geezers抓取，而不會(huì)損壞有缺陷的區(qū)域。鎢在受到攻擊時(shí)會(huì)嘶嘶作響。根據(jù)去除鎢的厚度，試驗(yàn)2到10分鐘，或者只需5到15秒進(jìn)行高亮蝕刻。蝕刻后，將芯片浸入干凈的去離子水燒杯中，然后在去離子水流中沖洗幾秒鐘。仍然拿著芯片，用干N2吹干。如果你的結(jié)構(gòu)能夠承受，超聲波清洗是可以的，但是通常不需要。

優(yōu)化技巧:

為了確定“完美”的蝕刻時(shí)間，使用這些蝕刻的增量時(shí)間，并用掃描電鏡檢查以確定蝕刻的深度。嘗試使用大致相同的芯片尺寸和去加工狀態(tài)，以最大化蝕刻的再現(xiàn)性。在精密的環(huán)境中，缺陷區(qū)域周圍可消耗的鎢的量會(huì)影響蝕刻時(shí)間。

為了加快這一程序的發(fā)展，使用低電壓SEM(即2 KeV，500 pA -最好是FESEM)進(jìn)行無(wú)涂層自上而下和簡(jiǎn)單的切除截面評(píng)估。在優(yōu)化這些程序的時(shí)間時(shí)，請(qǐng)始終使用新鮮樣品。即使在低電壓下，SEM樣品也可能被電子束沉積的碳、回流的油和室中的污染物覆蓋，如果這種類型的樣品被再次蝕刻，這將顯著改變蝕刻時(shí)間和質(zhì)量。雖然用氧等離子體灰化有助于去除SEM產(chǎn)生的沉積物，但結(jié)果并不理想。即使如此，如果只有一個(gè)樣品，有時(shí)也需要灰化和重新蝕刻樣品。蝕刻完成后，盡快進(jìn)行SEM評(píng)估，因?yàn)樾挛g刻的表面容易受到持續(xù)蝕刻和環(huán)境侵蝕的影響。當(dāng)脫層發(fā)生時(shí)，光學(xué)顯微鏡將顯示顏色變化，并且共焦顯微鏡有助于評(píng)估去除深度，而SEM在去除過(guò)程中提供最單一的信息。

濕法蝕刻與干法蝕刻

有幾個(gè)原因可以解釋為什么去加工甚至去高光被認(rèn)為是一門“藝術(shù)”而不是一門“科學(xué)”。金屬沉積技術(shù)、外形、密度、結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)都將在金屬蝕刻方式中發(fā)揮重要作用。今天有效的蝕刻時(shí)間和配方并不能保證對(duì)明天生產(chǎn)的產(chǎn)品也有效。在鎢互連的情況下，互連中心的金屬密度或微結(jié)構(gòu)的接縫或變化創(chuàng)建一條比金屬探針阻力最小(因此蝕刻速度更快)的路徑。互連的核心首先被蝕刻掉，留下襯在互連周邊的逐漸變薄的金屬殼，并且在清除互連之前，下面的鎢線可能發(fā)生不希望的蝕刻。

為什么選擇濕法蝕刻技術(shù)而不是反應(yīng)離子蝕刻(RIE)？理論上，RIE技術(shù)對(duì)鎢沉積規(guī)律的敏感性應(yīng)該低于set蝕刻。RIE可以被優(yōu)化用于具有不同縱橫比的蝕刻(各向同性或各向異性蝕刻)，理論背后的事實(shí)是通過(guò)RIE完全單一形式的鎢去除是最好的精細(xì)操作。氣體流量、比率、壓力和時(shí)間都是需要連續(xù)測(cè)試才能開(kāi)始優(yōu)化過(guò)程的變量。此外，在大多數(shù)情況下，金屬圖案的變化(密集區(qū)域與非密集區(qū)域)對(duì)RIE技術(shù)的影響比化學(xué)蝕刻更深遠(yuǎn)。周圍的結(jié)構(gòu)會(huì)遮蔽RIE工藝，并且RIE腔室的臺(tái)板通常具有“蝕刻圖案”，即，根據(jù)腔室內(nèi)的位置，RIE蝕刻速率可以是定向的，甚至是有角度的。

RIE室的裝載也影響去除速率，因?yàn)橥暾陌擞⒋缇奈g刻速率比裝載到室中的幾個(gè)一厘米的芯片要慢得多。這就是“負(fù)載系數(shù)”，指的是待蝕刻材料的表面積。當(dāng)氣流、時(shí)間和功率保持不變時(shí)，消耗的表面材料的量受到存在的反應(yīng)氣體量的限制。一個(gè)完整的8 '晶圓的蝕刻方式與從該晶圓上切下的幾個(gè)芯片的蝕刻方式不同(即，你不能用一雙杯狀的手清空銼刀，但你可以清空水槽)。

與濕法蝕刻不同，即使在最嚴(yán)密監(jiān)控的RIE系統(tǒng)中，盤形夾也總是具有從芯片邊緣向中心的蝕刻梯度。也不同于濕法蝕刻，RIE室受到反應(yīng)組分和吸收氣體在室內(nèi)壁上的積聚的困擾，特別是如果工具不僅僅用于鎢蝕刻，這些積聚需要在均勻蝕刻之前進(jìn)行清潔和室調(diào)節(jié)。雖然這些都是影響RIE工具的考慮因素、室內(nèi)蝕刻特性的仔細(xì)評(píng)估和RIE蝕刻結(jié)果的分析可以產(chǎn)生在某些情況下優(yōu)于濕法蝕刻的技術(shù)。

雖然濕法和RIE蝕刻技術(shù)都可以提供成功的結(jié)果和顯著增強(qiáng)的分析能力，但是這兩種技術(shù)都不能提供最佳的現(xiàn)成結(jié)果。

審核編輯：湯梓紅