《华林科纳-半导体工艺》КОН在凸角处的蚀刻行为
摘要
各向异性腐蚀液借助（100）晶面中的矩形孔窗在（100）硅片上形成由（100）面与（111）面构成的孔口。在此情形下，在孔口的顶部边缘呈现锐利的角度。若采用无掩模水溶性各向异性腐蚀工艺直接雕刻整个表面，则顶部转角会变得圆滑。例如，在实现芯片通孔互联的情况下，圆滑转角是必需的技术要素。由于尖锐的角度可能增加光致抗腐蚀介质断裂的可能性[注：这里指光致抗腐蚀剂]而这些介质断裂常用于后续金属层的制备过程。因此深入理解氢氧化钾这种常见腐蚀液在其作用面所形成的腐蚀速率分布对于解释其在凸角处出现倒圆效应具有重要意义。为了精确识别快速腐蚀作用发生的位置已经模拟了转角部分的空间形态特征执行后的实验数据与模拟所得结果高度吻合。
介绍
封装环节在集成电路制造过程中占据最高成本。为了实现生产成本更低、体积更小的目标，在设计新型封装技术方面应集中精力。我们的策略包括减小封装面积、探索低成本替代材料，并确保在此基础上不会影响器件可靠性和稳定性。对于某些特定器件（如太阳能电池组件），通过在晶圆上开孔并连接相邻导线来实现较小的封装面积将是可行方案之一。这些技术的基础在于利用＜ 100＞晶圆各向异性蚀刻形成斜面壁，并在此面上形成金属互连线。其中的关键步骤是采用氢氧化钾作为主要腐蚀介质进行通孔处理，并在此过程中避免光刻过程中金属互连线被破坏，在此工艺中采用了光致抗蚀剂作为保护层。然而，在实际操作中会遇到一个问题在于通过此方法得到的凸角处的光刻胶层厚度不足。为此我们需要对所有凸起边缘均需经过特殊处理以确保光滑过渡。鉴于对光滑边缘的需求较高程度地激发了相关研究兴趣
理论
各向异性腐蚀剂（如氢氧化钾）处理后会使拐角处呈现圆滑过渡，并通过分析该物质的各向异性及其在不同区域的蚀刻速率分布特征来理解这一现象。为了研究发生在拐角处的具体腐蚀行为并简化分析过程，在沿＜ 110 ＞方向绘制的拐角横截面示意图（如图1所示）。为了确定拐角处发生快速侵蚀的方向和速率特征，在仅在（100）和平面以及平面之间进行分析时需要明确＜nll＞方向上的腐蚀速度参数。基于上述假设条件，在图中所标示的点构成了腐蚀前后状态下的拐角边界条件。在此条件下定义了矢量OR₁₀₀和OR₁₁₁分别对应＜ 100 ＞和平面上单位时间内的平均腐蚀速度矢量
图1. 蚀刻后无圆角的孔示意图
实验结果与仿真
理论计算得出的偏离角约为25.24度（即（31）平面与（lO）平面）、而（4l）平面的偏离角约为l9.47度（即（4l）平面与（lO）平面）。由于（3l）平面相对于（lo）平面以及（4l）平面相对于（lo）平面对比角度极为接近，并且快速蚀刻技术在测量平面上的角度精度上存在局限性；因此已对蚀刻轮廓进行了模拟研究。为此，在
图2. 用33wt%氢氧化钾(70 °C, 10分钟)理论估算的圆角轮廓
结论
凸角上圆形的模拟曲线显示（311）面为快蚀面。尽管本文中的所有估算均基于他处公布的数据进行计算或引用，则这些数据可能存在较大误差的可能性较大。因而（411）表面很可能也具有较高折射率值的特点与特性。此外，在我们的模拟过程中未能涵盖<722>方向上的侵蚀速率数据则可能导致该方向上的信息缺失因而可能需要另行研究或分析因此（722）表面也可能位于凸角处并具有较高的折射率