金屬刻蝕主要用于金屬硅化物的形成。MOS電極的制作是在晶片上沉積一層金屬,第一次高溫處理后,金屬會自對準在有硅的地方(MOS的源極、漏極、柵極)反應,形成阻值較低的金屬硅化物,沒反應的金屬用濕法刻蝕去除,接著進行第二次高溫處理,得到阻值更低的金屬硅化物,而刻蝕化學品要求有高的選擇比,即只與金屬反應,不侵蝕金屬硅化物。最早使用的金屬是鈦(Ti),隨后逐漸推進到鈷(Co)、鎳(Ni)、鎳鉑合金(NiPt),到32nm以下CMOS器件,為了得到高集成、快速、低能耗的品質(zhì),又嘗試用金屬柵極替代以往的植入式多晶硅柵極。
當然,后段制程雖沒用到金屬濕法刻蝕(一般用CMP平坦化金屬或干刻蝕金屬連線通道TRENCH/VIA),但CVD、PVD、CMP的金屬擋控片的回收利用仍然離不開濕法刻蝕。
1、金屬鈦濕法刻蝕:熱鹽酸;稀氫氟酸或氫氟酸/H2O2;高溫高濃度的SC1(NH4OH\H2O2\H2O)和SPM(H2SO4/H2O2/H2 O混合液)。
2、氮化鈦金屬濕法刻蝕:SC1或SPM。
3、金屬鈷濕法刻蝕:SC1和SPM,SC1首先去除TiN,接著用SPM去除未反應的鈷;還有一種混合酸(H2SO4 +HAc+HNO3),也常用來做Co的去除。
4、金屬鎳(Ni):可以用在100mLH2O中加入25mL硝酸(70%)和15g過硫酸銨得到的溶液,在25℃下反應:
5、鉑腐蝕液:鉑作為最穩(wěn)定的金屬,往往需要用王水進行腐蝕,其中濃HCl: 濃HNO3 = 3:1,水浴加熱。
6、鎳鉑(NiPt)合金濕法刻蝕:沒有反應的NiPt,一般用鹽酸基體的水溶液去除,第一種是稀王水在85℃去除Pt,比例為34(37%HCl : 70%HNO3 : H2 O)。
第二種是鹽酸和雙氧水的混合物,去除鉑的效果也很好。反應如下:
但是,HCl為基體的刻蝕溶液,會嚴重地侵蝕Ni(Pt)Si或Ni(Pt)SiGe,使金屬硅化物阻值升高。這就要求有一種刻蝕劑是無氯基體,而且對Ni(Pt)Si或Ni(Pt)SiGe無傷害、對金屬選擇性又高。這就是目前常用的高溫硫酸和雙氧水混合液,它的反應如下:
SPM在單一晶片機臺上應用于45nm NiPt硅化物制程的清洗,器件無論在物理性能或電性方面都好于傳統(tǒng)HCl基體液處理。
7、晶背銅的清洗:晶片背面氮化硅的出現(xiàn)會限制銅的擴散,DHF(稀釋的HF)和DHF/H2O是最理想的、較少氮化硅保護膜損失的化學品;在單片旋噴清洗機上使用(H3PO4HCl:H2O)可以精確控制去除銅0.5mm到3.0mm。
8、銅的腐蝕:稀硝酸+水;FeCl3、過硫酸銨;
9、鋁腐蝕:利用濃磷酸(85%)與鋁反應,產(chǎn)生可溶于水的酸式磷酸鋁,使鋁膜被溶除干凈。其反應式為:
鋁與濃磷酸發(fā)生劇烈反應,會有氣泡不斷冒出。為了消除這些氣泡,是腐蝕順利進行,可在濃磷酸中加入少量的無水乙醇。腐蝕溫度常在80℃ 左右,將盛有腐蝕液的燒杯放在恒溫水浴鍋中。
磷酸加硝酸腐蝕液:磷酸:硝酸:無水乙醇:水=5010:9,加入硝酸可以改善鋁的腐蝕效果,提高腐蝕效率。腐蝕溫度可以降低為40-65℃,其反應式為:
腐蝕液使用一段時間后酸度下降,需定期更換新的磷酸。
10、鉻腐蝕:硝酸鈰銨((NH4)2[Ce(NO3)6]),高氯酸(HCLO4);HCl:H2O=1:3;
8、金腐蝕:KI3,黑色不透明并有侵蝕性的氣體腐蝕劑,這種腐蝕劑具有不透明性,使反應的終點檢測非常困難,約1um/min;
王水:濃HNO3:濃HCL=1:3,約10um/min;
氰化物:氰化鈉或者氰化鉀;
審核編輯 :李倩
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原文標題:金屬濕法刻蝕
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