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引言
濕化學蝕刻廣泛應用于制造半導體。在制造中，成膜和化學蝕刻的過程交替重復以產生非常小的鋁層。根據蝕刻層橫截面的幾何形狀，由于應力局部作用在蝕刻層上構造的層上，經常出現裂紋。因此，通過蝕刻產生具有所需橫截面幾何形狀的鋁層是重要的驅動環節之一。在濕化學蝕刻中，蝕刻劑通常被噴射到旋轉的晶片上，并且鋁層由于與蝕刻劑的化學反應而被蝕刻。我們提出了一種觀察鋁層蝕刻截面的方法，并將其應用于靜止蝕刻蝕刻的試件截面的觀察。觀察結果成功地闡明了蝕刻截面幾何形狀的時間變化，和抗蝕劑寬度對幾何形狀的影響，并對蝕刻過程進行了數值模擬。驗證了蝕刻截面的模擬幾何形狀與觀測結果一致，表明本數值模擬可以有效地預測蝕刻截面的幾何形狀。
實驗
試件在恒溫333k的靜止蝕刻劑中蝕刻。表1列出了實驗條件。在試件上，鋁層被濺射在硅上，鋁層被電阻屏蔽，如圖1a所示，鋁層的厚度和抗蝕劑的寬度分別用H和W表示。寬度W一般小于約50μm。Al層隨著時間的推移而被蝕刻，如圖1b所示。本文對具有三種抗阻寬度的試件進行了研究。
表1 實驗條件
圖1 蝕刻工藝
每1分鐘后從蝕刻劑中取出試件，觀察蝕刻過程。蝕刻試件涂上樹脂薄膜，然后由FIB(聚焦離子束）成型。薄膜涂層對于保護電阻劑免受FIB處理是必不可少的，使觀察電阻蝕劑對蝕刻截面的影響成為可能。采用空間分辨率為7nm的STM（掃描離子顯微鏡）進行觀察。
結果和討論
圖2顯示了抗蝕劑寬度為W=W1的試件的蝕刻截面照片。蝕刻時間為5分鐘。照片清楚地顯示了硅、鋁層、抗蝕劑和樹脂涂層的橫截面。Al的蝕刻區域到達了硅表面，蝕刻也進入了抗蝕劑邊緣下方的橫向方向。
圖2 蝕刻t=5分鐘的試件橫截面照片
數值模擬：
W=W1的Al層的模擬截面幾何形狀如圖3所示。其中蝕刻時間1、3和5分鐘的結果。并給出了蝕刻劑的濃度。結果發現，Al層隨著時間的推移而蝕刻，蝕刻也在抵抗邊緣下方的橫向進行。雖然濃度在t=1min時幾乎分布均勻，但隨著時間的推移，濃度在鋁表面附近的減少而減小。
圖3 模擬了W=W1下的橫截面和蝕刻濃度
總結
通過觀察和數值分析，研究了靜息蝕刻劑中半導體的濕式化學蝕刻過程。研究結果總結如下：（1）開發了一種觀察抗蝕劑和鋁層截面的方法，其中在涂上蝕刻表面后，使用FIB處理形成截面。（2）隨著時間的推移，蝕刻量增加。但增量減少了。這是因為蝕刻劑濃度由于化學反應而降低，也因為由于反應而出現非常小的氫氣泡。（3）隨著抗蝕劑寬度的增加，橫向蝕刻量增大。這是由于蝕劑容易擴散到蝕刻區域，因此發生活性反應。(4)通過以下步驟獲得的鋁層的橫截面數值模擬與觀測結果基本一致，表明本模擬可有效地用于預測蝕刻截面的幾何形狀。
