摘要

當(dāng)硅片進(jìn)行濕法化學(xué)蝕刻時(shí)，芯片的任何外角都可能面臨嚴(yán)重的底切。這種咬邊問題對于切屑的邊界角來說是極其嚴(yán)重的;并且很多時(shí)候它會(huì)限制芯片設(shè)計(jì)的緊湊性。開發(fā)了一種特殊的蝕刻掩模圖案，用于在濕化學(xué)蝕刻下保護(hù)芯片的邊界角。這種圖案的主要中心部分可以防止蝕刻過程中角落處的任何底切。但是，有一個(gè)定時(shí)“保險(xiǎn)絲”可以消除這個(gè)中心部分并在任何需要的時(shí)間打開角落。因此，只能在特定的時(shí)間長度內(nèi)設(shè)置拐角保護(hù)。有了這個(gè)“定時(shí)炸彈”設(shè)備，它反過來可以使芯片設(shè)計(jì)更加緊湊。

介紹

底切是硅片濕法化學(xué)蝕刻中非常常見的問題。 這個(gè)問題在芯片的內(nèi)角或器件結(jié)構(gòu)幾乎不存在，但在外角更嚴(yán)重。

在典型的 硅晶片的各向異性蝕刻中，蝕刻圖案通常以 面為界。任何外角都將面對無數(shù)個(gè)平面，銳角垂直于 平面。通常，晶面是硅中蝕刻最慢的平面，因此成為蝕刻停止點(diǎn)。然而，平面上的蝕刻速率要快得多。因此，底切率變得非常嚴(yán)重。

通常，外角處的這種底切問題可能會(huì)嚴(yán)重影響芯片的設(shè)計(jì)及其緊湊性。如果外角周圍有很大的空間，那么可以使用常規(guī)的角補(bǔ)償技術(shù)來消除或減少這個(gè)問題3、4、5、6、7。但是，在其他情況下，例如在芯片的邊界處，可能沒有足夠的空間進(jìn)行常規(guī)的拐角補(bǔ)償。當(dāng)需要芯片之間干凈清晰的劃線作為分離芯片的手段時(shí)尤其如此。

設(shè)計(jì)保護(hù)裝置

轉(zhuǎn)角保護(hù)裝置的基本設(shè)計(jì)如圖(1)所示。黑色和深色區(qū)域是保護(hù)硅表面免受蝕刻的掩模。因此，白色區(qū)域是將被蝕刻的區(qū)域。有一些略有不同的其他版本可用。稍后將討論它們。

基本上，保護(hù)裝置包含一個(gè)中央保護(hù)部分和 4 個(gè)定時(shí)“保險(xiǎn)絲”。為了讓讀者更清楚地了解每個(gè)功能，我們將在設(shè)計(jì)的演變過程中展示每個(gè)功能的功能。

在我們進(jìn)入設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)之前，讓我們回顧一下 硅片各向異性蝕刻的一些基本規(guī)則或現(xiàn)象。這些基本現(xiàn)象如圖(2)所示。首先，任何平行于平面的邊界或在平面垂直相交處的任何直角內(nèi)角實(shí)際上都不會(huì)被底切(圖(2)-(A))。其次，任何外角都將被底切，直到它到達(dá)平面(圖(2)-(B))。第三，任何不平行于平面的平面或曲線將被底切，直到它到達(dá)平面或平面處的直角內(nèi)角(圖2-(C))。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們制作了幾片晶圓來測試我們的角部保護(hù)技術(shù)的真實(shí)能力。這些是 個(gè)帶有我們特殊保護(hù)掩模圖案樣品的晶片。它們在 75°C 的 44% KOH 溶液中各向異性蝕刻。氮化硅用作蝕刻掩模。圖 (8) 顯示了用于基本圖案設(shè)計(jì)的樣品晶片之一上的各個(gè)階段。除了原始蒙版(圖(8)-(A))，白色區(qū)域是原始表面。蝕刻區(qū)域以黑色顯示。灰色區(qū)域?qū)嶋H上是蝕刻區(qū)域上蝕刻掩模(氮化硅)的殘留物。

圖(8)-(A)為原角保護(hù)掩膜圖案圖片，帶有定時(shí)“保險(xiǎn)絲”。圖 (8)-(B) 顯示了當(dāng)?shù)浊械竭_(dá)“炸彈”開口的前部并產(chǎn)生新的外角時(shí)。圖(8)-(C)正好是“保險(xiǎn)絲”完全消失的時(shí)候。圖 (8)-(D) 說明了中央保護(hù)部分的進(jìn)一步底切。圖(8)-(E)顯示了當(dāng)所有保護(hù)鏈接都被清除并且只剩下一個(gè)小的中央“島”時(shí)的最終外觀。圖 (8)-(F) 展示了完全消除中央“島”的略微額外的底切。

結(jié)論

獨(dú)創(chuàng)的各向異性蝕刻技術(shù)會(huì)通過底切來腐蝕(100)硅片上芯片的邊角。蝕刻越深，角越圓。然而，我們已經(jīng)開發(fā)了一種技術(shù)來解決這個(gè)問題。通過我們專門設(shè)計(jì)的角部保護(hù)掩模圖案，可以保留芯片設(shè)計(jì)的原始外部幾何形狀。反過來，這將允許在未來的芯片設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更高的緊湊性;同時(shí)，現(xiàn)在可以控制外部幾何形狀以滿足芯片應(yīng)用要求。

審核編輯：湯梓紅