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引言
化合物半導(dǎo)體處理通常使用高密度等離子體蝕刻來建立通孔金屬接觸，該通孔金屬接觸通常在諸如金(Au)的惰性金屬上停止。蝕刻工藝可以從正面或背面穿過襯底和/或有機(jī)電介質(zhì)，例如聚酰亞胺或雙苯并環(huán)丁烯(BCB)。蝕刻工藝的固有副產(chǎn)物是形成蝕刻后殘留物，該殘留物包含來自等離子體離子、抗蝕劑圖案、蝕刻區(qū)域的物質(zhì)混合物，以及最后來自浸漬和涂覆殘留物的蝕刻停止層(Au)的材料。普通剝離劑對浸金的蝕刻后殘留物無效，需要在去除殘留物之前對金屬進(jìn)行單獨(dú)的KI浸出。本文描述了一種使用普通fab制造工具在單一工藝中同時(shí)去除蝕刻后殘留物的簡單快速的技術(shù)。
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介紹
小通孔技術(shù)的發(fā)展?jié)M足了許多器件對熱傳導(dǎo)和接觸的需求。其中包括用于軍事和衛(wèi)星通信的30-75微米功率GaAs MMIC，以及用于低成本MESFET的高功率、高頻GaAs pa，用于手機(jī)和VSAT應(yīng)用的HBT和pHEMT。[3]雖然這些過孔中的大多數(shù)都是“鉆”穿晶圓襯底，但它們也存在于電介質(zhì)中，如BCB [4]或聚酰亞胺[5]，器件性能處于較低頻段，因此可以使用非晶材料，而不會產(chǎn)生諧振頻率效應(yīng)。此外，將正面電介質(zhì)層與背面鍍金相結(jié)合增加了襯底強(qiáng)度，這有利于減薄< 75um，背面處理，以及從切割帶中拾取和放置非常薄的芯片。
為了有效的蝕刻速率和可接受的各向異性控制，可以通過使用包含Ar和BCl3/Cl2的氣體混合物的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或電感耦合等離子體(ICP ),在GaAs介質(zhì)中“鉆孔”。在蝕刻過程中有四個(gè)主要的變化參數(shù):室壓、RF功率、BCl3/Cl2比率和Ar流速，并且已經(jīng)公開。[6，7]對于蝕刻成有機(jī)層，如BCB，CF4/O2/N2混合物通過分別富集O2或N2，提供了高通量和各向異性蝕刻之間的平衡。[8]在N2富集的情況下，有機(jī)碳的再沉積和石墨化將有助于將活性物質(zhì)集中到基質(zhì)介質(zhì)中并提高分辨率。
大多數(shù)情況下，蝕刻停止層是惰性金屬，例如金。盡管金層可以濺射或電化學(xué)沉積(ECD ),但出于經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)量的考慮，主要的做法是ECD金。濺射和ECD Au的定義從光滑到不規(guī)則的地形變化，如圖1中蝕刻后的SEM照片所示。
圖1 濺射(左)和ECD(右)Au金屬的蝕刻后SEM顯示了表面形態(tài)的顯著差異
在通孔蝕刻之后，殘余物被去除以允許后續(xù)處理，包括光刻和/或電鍍步驟。盡管殘余物去除工藝以多種形式存在，但清洗浸金殘余物通常涉及由無機(jī)酸和碘化鉀(KI)組成的蝕刻。碘化物起到溶解和蝕刻Au的作用。隨后，用溶劑除去下面的有機(jī)殘留物。對于頑固的殘留物，多個(gè)步驟在蝕刻劑和溶劑之間交替進(jìn)行。本文介紹了GenSolve 525產(chǎn)品，該產(chǎn)品提供了一種單一工藝方法來去除由惰性金屬(Au)和有機(jī)物組成的殘留物。
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殘留物分析
在具有侵蝕性氣體的等離子體蝕刻工具中執(zhí)行通孔鉆孔和槽切割以產(chǎn)生孔和線。制備蝕刻步驟通常使用高溫烘烤來去除抗蝕劑中的氣體，提高其Tg以改善粘附，并無意中促進(jìn)交聯(lián)。等離子體蝕刻會在整個(gè)晶片上從抗蝕劑和襯底上再沉積副產(chǎn)物。這一直持續(xù)到檢測到不同的材料或金屬(蝕刻停止)，從而終止蝕刻。該殘留物主要由來自抗蝕劑、襯底以及在該表面上的蝕刻停止材料的物質(zhì)組成。在圖2中，背面GaAs蝕刻過孔的側(cè)壁EDS結(jié)果顯示了襯底(GaAs)、碳/氧(抗蝕劑)和Au(蝕刻停止層)的存在。
圖?2
當(dāng)遇到不規(guī)則的蝕刻停止時(shí)，例如ECD Au的例子，可以進(jìn)行“過蝕刻”以允許完全去除襯底(即BCB)。結(jié)果，殘留物可能由來自交聯(lián)抗蝕劑的復(fù)合有機(jī)物組成與BCB相關(guān)的物質(zhì)以及頂部表面上的金。完全的清洗可能涉及去除金以及類BCB材料的配方。
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化學(xué)清洗
盡管圖2中所示的背面通孔蝕刻數(shù)據(jù)表明殘留物由GaAs物種組成，但是從鉆入BCB的正面通孔得到的相同數(shù)據(jù)很可能包含源自BCB的有機(jī)物。殘留物的清除可能需要用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或絡(luò)合劑配制化學(xué)物質(zhì)來破壞化學(xué)鍵，并允許大量溶劑滲透和溶解。如果剝離劑沒有破鍵和絡(luò)合能力，可能需要采取更積極或耗時(shí)的措施。
對于金浸出，化學(xué)通孔清洗包括向中性溶劑系統(tǒng)中添加絡(luò)合劑。選擇的絡(luò)合劑需要在良好的有機(jī)溶劑如DMAC中具有高溶解度的非KI基體系。對覆蓋Au膜的初始測試表明蝕刻速率適中(表2)。
圖3 不同濃度的絡(luò)合劑在DMAC基溶劑體系中濺射Au的刻蝕速率
并且被設(shè)計(jì)成在中心和外部兩個(gè)較小，而其他三個(gè)較大，從而產(chǎn)生期望的壓力差效應(yīng)以改善均勻性。歧管距離晶片表面大約2英寸。據(jù)觀察，24小時(shí)內(nèi)清潔效果極佳，48小時(shí)內(nèi)可接受，而72小時(shí)后，清潔度顯著下降。目前尚不清楚清潔度的趨勢是否遵循圖9所示的Au蝕刻速率。
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在濺射的金上測量的噴涂工具金蝕刻速率與時(shí)間的關(guān)系
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圖9 在單晶片噴射工具中對樣品測量的Au蝕刻速率
結(jié)論
在III-V族晶片制造的正面和背面工藝中進(jìn)行通孔蝕刻。清洗是可能的用一種或兩種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行的單一過程。化學(xué)成分的變化取決于殘留物的組成，進(jìn)而取決于被蝕刻的襯底。對于BCB蝕刻通孔，需要兩種化學(xué)物質(zhì)來溶解和去除被認(rèn)為是BCB相關(guān)的物質(zhì)。對于GaAs蝕刻通孔，單一化學(xué)物質(zhì)是可能的。與任何清洗過程一樣，用超聲波或噴嘴攪動是主要的好處。進(jìn)一步的工作應(yīng)該探索與多工藝KI蝕刻相比的鍍液壽命。