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湿法刻蚀:选择比、侧蚀与晶向各向异性

湿法刻蚀通过液体中的化学反应去除暴露材料。选择比取决于刻蚀液、目标膜、相邻膜和表面状态,不能保证邻层完全不受影响。许多湿法反应会沿暴露侧壁钻入掩膜下方;但单晶硅在某些碱性溶液中存在重要例外:不同晶面溶解速率不同,因而形成与晶向有关的轮廓。单晶硅湿法刻蚀的晶向速率研究说明“湿法完全没有方向性”并不准确。与干法比较时,应分别看各向异性的来源和具体膜栈的选择比,而不是套用一条普遍规则 [T1]。

机制与适用边界

反应产物必须离开表面,去除才能持续。先氧化再溶解、直接攻击已有氧化物以及碱性溶硅,属于不同机制。优先去除某种膜的化学体系仍可能侵蚀掩膜、界面或另一种暴露材料。温度、浓度、膜密度、原始表面与输运均会改变结果;本文不指定混合液或工艺设定。

Process checkpoint · 工艺坐标

40nmSTIStep 45
工艺截面示意图 · 40nm BSI CMOS Image Sensor · 步骤 45

理解 Wet Deglaze Etch 的工艺作用

识别 STI 平坦化后的残留氧化物目标;相邻膜相容性是需要核查的条件,不是保证。

与「湿法刻蚀:选择比、侧蚀与晶向各向异性」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · STI · Step 45

  1. 1. Wet Deglaze Etch
  2. 2. SiN Strip
查看这一步的工艺作用账户访问范围在步骤页确认

轮廓与选择比

对近似各向同性的反应,液体接触侧壁可能导致掩膜下钻蚀。单晶硅在某些碱性液体中,则由不同晶面的相对速率塑造凹槽。两种现象都不能单独证明某个晶圆膜栈具有可接受的选择比或轮廓。干法等离子体刻蚀也可以为材料选择比设计;离子辅助的方向性是另一项控制,见干法刻蚀概览。

湿法刻蚀在产线中的位置

已发布的 40nm 流程概览把湿法去除放在隔离模块周围。具名的 Wet Deglaze Etch 在平坦化后去除残留氧化物,SiN Strip 去除氮化物垫层。这两个名称标识不同的目标材料,既不构成可移用的配方,也不能证明其余材料完全不受影响。判断选择比前,须先看暴露的膜栈及每一步的作用。流程概览公开,学习路线通往这些具名步骤并沿用现有访问权限。

湿法去除多余氮化物衬层后、已填充深沟槽的真实截面
① 深沟槽模块填充后,湿法刻蚀把多余氮化物溶到周围介质齐平
氧化物硬掩膜湿法去胶渣过程中的真实截面
② 平坦化后,缓冲湿法刻蚀剥掉残留的氧化物硬掩膜
热磷酸剥氮化硅后、氧化物露出的真实截面
③ 热酸湿法刻蚀去除氮化硅垫层栈,停在下方氧化物上

免费 40nm 流程的真实截面——正是本文学习路线指向的步骤。

限制与相邻工艺

钻蚀、去除不彻底、残留与相邻膜损失都是可能的失效方式,轻重取决于几何与化学条件。湿法清洗可能接在图形转移之后,但清洗、湿法刻蚀与氢氟酸去氧化物不是可互换的标签。刻蚀速率描述指定条件下单一材料的去除,而选择比比较相同条件下两种材料的速率。停止层只有在所选化学体系对具体膜栈足够选择性时才可降低风险。

参考来源

[T1] 教科书2000

Silicon VLSI Technology - Full

James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin

Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379

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常见问题

什么是半导体制造中的湿法刻蚀?
湿法刻蚀通过液相反应去除暴露材料。选择比取决于目标与相邻材料、化学体系和表面状态。许多反应造成侧向钻蚀;单晶硅的碱性湿法刻蚀则可因晶面溶解速率不同而表现出各向异性。
湿法刻蚀为什么会钻蚀掩膜下方?
近似各向同性的反应可能从暴露侧壁沿掩膜下方去除材料,程度取决于液体接触、反应与输运。晶体湿法刻蚀还可能形成与晶向相关的轮廓。
先进产线为什么还在用湿法刻蚀?
所选化学体系与暴露膜栈相容时,湿法步骤可用于去除牺牲膜或准备表面。仅凭流程步骤名称不能确定选择比、安全性或可用配方。

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