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引言
本文主要闡述在補(bǔ)救InGaP/GaAs NPN HBT的噴霧濕法化學(xué)腐蝕過程中光刻膠粘附失效的幾個實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。確定了可能影響粘附力的幾個因素，并使用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(DOE)方法來研究所選因素的影響和相互作用。確定的最顯著的粘附性改進(jìn)是在光致抗蝕劑涂覆之前立即結(jié)合了天然氧化物蝕刻。除了改善粘附性，這種預(yù)涂處理還改變了，使得與未經(jīng)表面處理的晶片相比，反應(yīng)限制蝕刻更加各向同性；輪廓中都具有正錐度方向，但錐角不相同。改變后的剖面使我們能夠使用5200的蒸發(fā)金屬，不經(jīng)平面化，生產(chǎn)出具有5×5 m發(fā)射極的完全可探測的HBT。
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介紹
光致抗蝕劑粘附在濕法蝕刻的結(jié)果以及隨后的電氣和光學(xué)器件的產(chǎn)量中起著關(guān)鍵作用。有許多因素會導(dǎo)致光致抗蝕劑粘附到半導(dǎo)體襯底上。然而，公開文獻(xiàn)中關(guān)于砷化鎵的信息非常少，硅常用的方法，如六甲基二硅氮烷(HMDS)預(yù)處理可能對GaAs無效。
此外，GaAs的表面很難控制，可能對看似微小的工藝條件很敏感，例如用水沖洗晶片的時間長度。
據(jù)我們所知，只有一篇參考文獻(xiàn)引用了在GaAs上使用預(yù)涂自然氧化物蝕刻來提高粘附性。該參考研究表明，基于水滴接觸角實(shí)驗(yàn)，預(yù)涂處理是有前途的，并且在光致抗蝕劑顯影步驟之后驗(yàn)證了粘附性。沒有參考文獻(xiàn)引用在濕法蝕刻過程中使用預(yù)涂處理進(jìn)行粘合也不影響對濕法蝕刻輪廓的觀察效果，這通常歸因于蝕刻劑的GaAs晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
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實(shí)驗(yàn)過程
對我們的歷史蝕刻工藝進(jìn)行了兩個主要的工藝改變，使得這項(xiàng)工作成為必要。首先，我們從Clariant AZ4330光刻膠切換到Shipley SPR220-3。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，然后一種抗蝕劑具有更好的旋轉(zhuǎn)均勻性和分辨率，但是其對GaAs的粘附力略次于AZ4330。其次，我們將濕蝕刻從基于手動浸沒的工藝轉(zhuǎn)移到SSEC 3300噴霧蝕刻系統(tǒng)。雖然有可能產(chǎn)生更好的蝕刻均勻性和可重復(fù)性，但是噴霧蝕刻系統(tǒng)可能是對光致抗蝕劑粘附力的苛刻測試，并且在錯誤的情況下可能導(dǎo)致工藝失敗，如圖1所示，圖1示出了遇到噴霧蝕刻系統(tǒng)的第一批中的一個典型器件。
為了進(jìn)一步表征和優(yōu)化蝕刻工藝，進(jìn)行了抗蝕劑粘附DOE。蝕刻深度為約0.8 μm，并且在光刻后的第二天在噴霧蝕刻工具中蝕刻樣品。
一個重要的工藝細(xì)節(jié)是樣品的氧等離子體殘渣，其垂直放置在石英舟上，而不是水平放置在金屬網(wǎng)格上。在將對照樣品與其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較時，石英舟的使用可能在某些條件下顯著降低粘附力，因?yàn)樗咕瑹岣綦x，允許它們在去渣過程中變熱。這導(dǎo)致抗蝕劑粘附的不良表面。第二個細(xì)節(jié)是在噴霧蝕刻工具中進(jìn)行的基于NH4OH的預(yù)蝕刻清潔，而基于HCl的預(yù)蝕刻清潔是通過浸泡在酸工作臺上手動進(jìn)行的。當(dāng)在沒有任何預(yù)涂處理的情況下進(jìn)行基于NH4OH的預(yù)蝕刻清洗時，增加的噴射壓力可能導(dǎo)致觀察到的差的粘附力。
如圖4所示，結(jié)合了來自DOE的預(yù)涂處理的樣品的蝕刻輪廓在臺面的頂部具有輕微的唇緣。該唇緣可以解釋為使用噴涂工具的部分粘附損失，或者當(dāng)前的噴涂蝕刻工藝不能去除光致抗蝕劑/GaAs界面處的材料。我們正在研究方法消除觀察到的唇部。
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圖4 來自DOE的基于NH4OH的預(yù)涂層處理和基于NH4OH的預(yù)蝕刻清洗的HBT設(shè)備批次
起初，我們對在最終的HBT蝕刻流程中采用預(yù)涂處理猶豫不決，因?yàn)槟恳曈^察顯示，它們略微減小了蝕刻臺面頂部的尺寸，如圖7所示。然而，如表II所示，在前面討論的兩個晶片中沒有觀察到電特性的重大變化。預(yù)涂處理樣品的增益更大，但分布更廣，這可能需要進(jìn)一步研究。Icbo和Iebo，兩種工藝的基極-集電極和發(fā)射極-基極結(jié)的漏電流是相當(dāng)?shù)摹?/span>
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結(jié)論
我們已經(jīng)確定了在濕法蝕刻過程中影響光致抗蝕劑對GaAs粘附的許多因素?？刮g劑粘附的結(jié)果確實(shí)表明，即使在不利的粘附條件下，也可以通過在光刻之前實(shí)施自然氧化物蝕刻來獲得優(yōu)異的粘附。這種相同的預(yù)涂處理也改變了(GaAs的蝕刻輪廓，表明蝕刻輪廓對GaAs表面的依賴性。作為這項(xiàng)工作的結(jié)果，所實(shí)施的改變極大地增加了視覺和功能產(chǎn)量，而沒有顯著改變電氣性能。