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蚀刻技术及蚀刻液的分析

作者:admin  浏览:275 次   发布时间:2013-08-25
蚀刻技术及蚀刻液的分析
 
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蚀刻是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术。蚀刻技术可分为湿蚀刻和干蚀刻,在湿蚀刻中使用化学溶液,经由化学反应以达到蚀刻的目的,而干蚀刻通常是一种等离子体蚀刻,其作用可能是等离子体撞击芯片表面的物理作用,或者可能是等离子体活性基与芯片表面原子间的化学反应,甚至也可能是两者的复合作用。
1. 晶圆蚀刻
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在集成电路制造过程中,常需要在晶圆上定义出极细微尺寸的图案,它们的形成可以借由蚀刻技术完成。早期半导体制程中所采用的蚀刻方式为湿蚀刻,主要是借由溶液与待蚀刻材质间的化学反应,因此可借由调配与选取适当的化学溶液,得到所需的蚀刻速率,以及待蚀刻材料与光阻及下层材质良好的蚀刻选择比。但是随着集成电路中组件尺寸越做越小,由于化学反应没有方向性,而湿蚀刻是等向性的,此时当蚀刻溶液做纵向蚀刻时,侧向的蚀刻将同时发生,进而造成底切现象,导致图案线宽失真。因此湿蚀刻在次微米组件(3微米以下)的制程中已被干蚀刻所取代。
 
半导体制程中常见的几种物质的湿蚀刻是硅、二氧化硅、氮化硅及铝。单晶硅与复晶硅的蚀刻通常是利用硝酸与氢氟酸的混合液来进行,此反应是利用硝酸将硅表面氧化成二氧化硅,再利用氢氟酸将形成的二氧化硅溶剂去除,反应如下:
Si + HNO3 + 6HF = H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O
二氧化硅的湿蚀刻通常采用氢氟酸溶液加以进行,反应如下:
SiO2 + 6HF = H2 + SiF6 + 2H2O
实际应用上是用稀释的氢氟酸或添加氟化铵作为缓冲剂来控制蚀刻速率。
氮化硅可利用加热至180°C的磷酸溶液(85%)来进行蚀刻。
铝或铝合金的湿蚀刻主要是利用磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液加以进行,典型的比例为80%的磷酸、5%的硝酸、5%的醋酸及10%的水。由硝酸将铝氧化成氧化铝,接着再利用磷酸将氧化铝予以溶解去除,如此反复进行以达到蚀刻的效果。
 
2. PCB蚀刻
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目前用作蚀刻溶剂的有:氯化铁(Ferric Chloride)、 氯化铜(Cupric Chloride)、碱性氨(Alkaline Ammonia)、硫酸加过氧化氢(Sulfuric Acid + Hydrogen Peroxide)、硫酸-铬酸蚀刻液、过硫酸铵蚀刻液。
蚀刻液主要有氯化铜液、三氯化铁液、碱性蚀刻液、硫酸/过氧化氢(双氧水)系蚀刻液。
氯化铜蚀刻液由氯化铜(CuCl2・2H2O)+盐酸(HCl)+过氧化氢(H2O2)+水(H2O)组成;三氯化铁蚀刻液是由三氯化铁(FeCl)+盐酸(HCl)+水(H2O)组成的;碱性蚀刻液的主要成分是有铜氨络离子;硫酸/过氧化氢(双氧水)蚀刻液以硫酸与过氧化氢(双氧水)为主成分。
以蚀刻液氯化铜及氯化铁的市场使用情况,PCB厂商约有95%使用氯化铜(CuCl2),IC载板厂商约80%使用氯化铁(FeCl3),20%使用氯化铜(CuCl2)
 
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