氢氧化钾在凸角处的蚀刻行为

摘要

各向异性蚀刻剂通过掩模中的矩形幵口在（100）硅晶片上产生由（ 100）和（111）平面组成的孔。在这种情况下，孔的上角是尖的。如果通过无掩模湿法各向异性蚀刻工艺蚀刻整个表面，则上部拐角变圆。例如，在实现晶片通孔互联的情况下，圆角是必须的。尖角增加了光致抗蚀剂破裂的风险，光致抗蚀剂破裂用于图案化下面的金属。因此，了解最常见的各向异性蚀刻剂（氢氧化钾）的蚀刻行为以及圆角的形状非常重要。本文通过蚀刻剂对不同晶面的蚀刻速率分布，解释了氢氧化钾在凸角处的倒圆效应。为了确定快速蚀刻的平面 ,已经对圆角的形状进行了模拟。执行的实验结果与蚀刻拐角的模拟形状非常相似。

介绍

封装是集成电路生产中最昂贵的部分。为了生产更便宜和更小的集成电路器件，应该发现新的封装技术。策略是减少包装面积 ,寻找更便宜的替代材料，在不降低器件可靠性和稳定性的情况下使用。一些特定器件（例如太阳能电池）的封装面积可以通过晶片通孔互 连来减小。该想法基于在＜ 100＞取向的硅晶片中各向异性蚀刻通 孔的倾斜侧壁上实现金属互连线。通孔由氢氧化钾蚀刻，氢氧化钾是最流行的各向异性蚀刻剂之一。光致抗蚀剂用于限定金属互连线。问题是穿过孔角的光刻胶层非常薄。为了解决这个问题，所有的凸角都应该被平滑。圆角通常由两步无掩模各向异性蚀刻制成， 晶片通孔通过保护掩模蚀刻。然后剥离保护掩模（SiN）,并将晶 片再次浸入氢氧化钾中一小段时间（几分钟）。这将平滑所有凸起并且将使凸角的均匀光刻胶覆盖成为可能。由于凸角的 圆化引起了很大的兴趣，我们决定研究蚀刻角的形状。

理论

各向异性蚀刻剂(例如氢氧化钾)使拐角变圆，可以用其各向异性和蚀刻速率分布来解释。为了研究发生在拐角处的蚀刻行为并简化任务，我们 使用了在＜ 110 ＞方向制作的拐角横截面(图1)。为了找到拐角处的快速蚀刻平面，我们需要知道＜nll＞方向上的蚀刻率。在仅考虑(100)和(111)平面的情况下，图1中的点。和01定义了蚀刻前后 的拐角。向量OR100和OR111定义了＜ 100＞和v 111 ＞方向上每单位时 间的蚀刻速率。

图1. 蚀刻后无圆角的孔示意图

实验结果与仿真

理论上(311)平面与平面(100)的偏离角约为25,24。而(411)平面的偏离角约为19.47。因为(311)平面相对于(100)平面和(411)平面相对于(100)、 平面的角度非常接近，并且快速蚀刻平面的角度测量不能足够精确，所以，已经对蚀刻轮廓进行了模拟。为此，在<100>x x <211>x <311 >、<411>、v 511 >方向的蚀刻速率数据来自已被使用。用33wt%氢氧化钾(70°C, 10分钟)从理论上估算的角圆轮廓如图2所示。模拟结果表明，快速蚀刻平面是(311)平面，但18-25。偏离角的范围也包括（411）平面和（722）平面，偏离角为22°（100）飞机。因此，这些平面中的任何一个都不能是凸角处的快速蚀刻平面。

图2. 用33wt%氢氧化钾(70 °C, 10分钟)理论估算的圆角轮廓

结论

凸角上圆的模拟曲线表明（311）面是快蚀面。尽管本文中的所有估计 都是基于其他地方公布的蚀刻数据，但该数据可能不够准确。因此（411）面很可能也是高折射率面。此外，为了在我们的模拟中考虑这' 个平面，我们没有＜722 ＞方向上的蚀刻速率。因此，（722）平面也可 能是凸角处的高折射率平面。

　　审核编辑：汤梓红