薄膜金属腐蚀及相关工艺研究

摘 要 本 文以实验为基础 ， 出了各种金属的腐蚀 液及其 配 比， 到 了各 种金 属腐蚀 参数 ， 给 得 同时
揭 示 了腐 蚀 过 程 中存 在 的 问题 及 相 关 工 艺 对金 属 腐 蚀 的影 响 ， 并进 行 了分 析 。
关 键 词 侧 向腐 蚀 钻 蚀 附 着 力
腐 蚀 液
４ ＃
溅 射 厚 度
２ ０ Ａ。 ００
腐 蚀 时 间
ｌ Ｓ ５ｃ
腐 蚀 温 度
室 温
腐 蚀 效 果
干净
日 期
０ ０ ０ ４ ７９
钛 钛 钛 钛
４ ＃ ４ ＃ ４＃ ４＃
２ ０ Ａ。 ００ ２ ０ Ａ。 ００ ２ ０ Ａ。 ００ ２０ Ａ。 ００
ｌ００ ２ ０ Ａ。 １０ ０ ２ ０ Ａ。 ｌ０ ０ ２ ０ Ａ。 ｌ０ ０ ２ ０ Ａ。 ｌ０ ０ ２ ０ Ａ。
腐 蚀 时 间
２０ ｃ ０ Ｓ ２０ ｃ ２ Ｓ ２０ ｃ ３ ５ ２５ ｃ ２ Ｓ ２０ ｃ ２ Ｓ
腐 蚀 温 度
室 温 室 温 室 温 室 温 室 温
第 ３第１ ２ 卷 期
据来计算其 腐蚀速率 。每一 次腐蚀 都要记录实验
每 次 腐 蚀 液 配 制 过 后 ， 们 都 要 通 过 实 验 数 我
例 ｌ金 腐蚀速率 的提 取 ：
溅 射 材 料
金 金 金 金 金
腐 蚀 液
ｌ ＃ ｌ ； ｌ ＃ ｌ ＃ ｌ ＃
溅 射 厚 度
（ ）工 房 洁 净 度及 环境 温 、 度 ａ 湿
（ ） 质量差 ， 内本身含有气泡 ｂ 胶 胶
（ ）基 板 匀 胶前 被污 染 ｃ （ ）匀 胶 设 备 状态 ｄ ，
验可 以证 明。我们在腐蚀好 的 ６ 微米金线条上 ， ０
经过 ｌ 分钟的超声清 洗后 ， 键 合” ２ 做“ 试验 ， 项 各
为随着浓 度 的降 低 ， 腐蚀速率也会 随之降低 ， 以 所
当腐 蚀 液 的 速 率 降 到 一 定 程 度 应 及 时 更 换 。 在 腐 蚀 各 种 金 属 时 应 参 照 近 期 的腐 蚀 速 率 ， 近 期 的 以
数 据为准 。
蚀镍 、 、 铬 铝等金属 。如用 三氯化铁溶液会对镍层
也不 同 。一 种 金 属 材 料 往 往 有 多 种 腐 蚀 方 法 ， 究
对腐蚀 工艺也提 出了越来越高 的要求 。本 文以实 验数据为基础 ， 给出了各种 薄膜金属腐蚀 方法 ， 并 对其存在 的问题 进行分 析 ， 以进 一步 提高金 属腐
蚀质量 。
竟用 哪种 ， 要根据 腐蚀速 率 、 择 比、 这 选 腐蚀 液 的
指 标 显 示 良好 。
（）溅射金属膜层较差 ， 瘤状” ｅ 有“ 物等 而针 孔产生后 就会对后 面的金 属腐蚀工艺造 成钻蚀 ， 使金属表面 出现腐蚀凹槽 ， 至穿孔 。 甚
５ ３ 坚 膜 与 腐 蚀 ． 坚 膜 的 作用 是 把 膨胀 后 的胶 膜 图 形 中 的显 影 液 和 水 分 蒸 发 掉 ， 图 形 恢 复 原 来 尺 寸 ， 使 光 刻 使 并 胶进一 步胶联 ， 耐蚀 性 增 强 ， 时 也 增 强 了胶 与 金 同 属膜层 的粘 附。坚膜时 应控制 好温 度 和时 间 ， 温
有很 好 的 选 择 比 ， 只刻 蚀 需 要 加 工 的金 属 膜 ， 它 而 对 基 板 和 其 它 金 属 膜 不 产 生 影 响 。这 就 要 求 我 们 多做一些 尝试 ， 多确 定 一 些 方 法来 满 足 工 艺 需 求 。
镍 铬合金
以上 腐 蚀 液 的 配 制 只 是 针 对 一 般 情 况 而 定
的 腐 蚀 液 。 下 面 以 ＴｉＣｕ ＮｉＡｕ腐 蚀 工 艺 为 实 ／ ／ ／ 验 来 描 述 多 层 金 属 腐蚀 工 艺 。
３ １ 腐 蚀 液 的 选 取 ．
铜
钛
３００ ０ ０ Ａ。
３Ｏ Ｏ Ａ。
２ ＃
４ ＃
１０ｃ ５ Ｓ
４ｃ Ｓ
３ ３ 腐 蚀 结 果 检 测 ．
第３第 期 ２ ｌ 卷
的 。对单层金属 的选取原 则 是 ： 当一 种腐蚀 液 Ａ
的 速 度 比 Ｂ快 时 ， 选 择 Ａ 而 不 选 Ｂ。但 也 要 看 则 可 控性 等 。如 需 提 高 腐 蚀 速 率 ， 可 适 当调 整 腐 也
４ ２
２ ３ 腐 蚀 速 率 的 提 取 ．
篆威 躐遒诋
数据 ， 以供 下 次 腐 蚀 参 考 。
（） 种 金 属 的 热 膨 胀 系数 及 应 力 会 导 致 膜 ｃ各 层 在 腐 蚀 时是 附 着 良好 ， 是翘 起 、 起 。 还 鼓 （ ） 体 工 艺 的 一 致 性 和 可操 作 性 。 ｄ整
５ ２ 匀 胶 ．
４ 侧 向腐蚀 及 钻 蚀
４ １ 侧 向 腐蚀 ．
在金属腐蚀过 程中 ， 向腐蚀 是难 以避免的 ， 侧 这是 因为我们所配制 的主要是酸性腐蚀液 ， 同 属“ 性” 也就是腐蚀时 各个 方 向 的腐蚀 速 率都 相同 。 ， 在《 半导体 工艺化 学原 理 》 书 中， 一个 公式描 一 用
详 举 。选 取 腐 蚀 速 率 的 日期 都 比较 相 近 ， 是 因 这
ＴｉＣ ／ ／ ／ ｕ ＮｉＡｕ多 层 金 属 腐 蚀 ， 腐 蚀 液 的选 在 择 上 ， 腐 蚀 液 的 选 取 ， 不 可 以 用 三 氯 化 铁 溶 铜 就 液 ， 为 三 氯化 铁 溶 液 不 但 可 以腐 蚀 铜 ， 可 以腐 因 还
稳 定 性 及 可 控 性 等 来 决 定 。 目前 工 艺 上 用 的 金 属
材料 主要有金 、 、 、 、 、 、 铜 铝 钛 镍 铬 镍铬合金 。所 用
的化 学 试 剂 也 很 多 ， 要 有 碘 、 化 钾 、 氯 化 铁 、 主 碘 三
２ 单层 金 属腐 蚀
单层金属腐蚀工艺是薄膜金属腐蚀 的基本工
述 了侧 向腐 蚀 ：
目前 光 刻 主 要 用 的是 负 性 光 刻 胶 ， 正 胶 做 但
为一 种工艺手 段 ， 也不应 缺少 。我 们使 用 的负 性 光 刻 胶 对 环 境 湿 度 要 求 较 高 ， 般 相 对 湿 度 在 一
５ 以下 才 可 以使 用 ， 多 次试 验 中 我 们 发 现 ， Ｏ 在 相 对 湿 度 在 ４ ±５／ 间 比较 好 。 匀 胶 后 常 出 现 Ｏ／ ６ ９ ６ ９之 的 问题 是 针 孔 较 多 ， 孔形 成 的原 因 较 复 杂 ， 要 针 主
ｌ Ｓ ５ｃ ｌ Ｓ ５ｃ ｌＳ ５ｃ ｌＳ ５ｃ
室 温 室 温 室 温 室 温
干净 干净 干净 干净
０ ０ ０ ４ ７９ ０ ０ ｌ ４ ７２ ０ ０ ｌ ４７３ ０ ０ ｌ ４７３
通过 以上 实 验 确定 钛 腐蚀 速 率 为 每 分钟 约 ８０ Ａ ， ０ ０ 。在这 里就不对 其它金 属 的腐蚀 速率 一一
腐 蚀 效 果
干净 干净 干净 干净 干净
日 期
０ ０ ０ ４７９ ０ ０ ０ ４７９ ０ ０ ｌ ４７２ ０ ０ ｌ ４７３ ０ ０ ｌ ４７３
通 过 以上 实验确定金腐蚀速率为每分钟 约 ３０ Ａ ３ ０ 。。
例 ２ 钛 腐 蚀 速 率 的 提 取 ： 溅 射 材 料
钛
１ 引 言
金 属 腐 蚀 工 艺 是 薄 膜 集 成 电路 制 作 工 艺 中 的 基 本 工 艺 ， 的特 性 直 接 影 响集 成 电 路 的 线 条 ， 它 甚 至 影 响 整 个 电路 的性 能 。随 着 集 成 电路 的小 型 化 发 展 ， 膜 、 膜 、 导 体 的尺 寸 都 在 不 断 缩 小 ， 厚 薄 半 这
２＃ ３＃
４＃
铜
铝
钛
５＃ ６＃
７＃
镍
铬
硫酸高铈 ： 硝酸 ： 一１ ５ 克）： （ ）： ０ 毫升） 水 ．（ ２升 １（ 硝酸铈铵 ： 高氯酸 ： 一ｌ Ｏ 克）： ５ ６ 毫 升）： ０ （ 水 Ｏ（ ２． （ ６ ６ 毫升 ） 蚀液 的浓度 ， 满足 工艺需 求 。理 想 的腐蚀 液能 来
艺， 其腐 蚀液 的选定 、 蚀液 的配 比、 腐 腐蚀 速 率的 提取 等都是腐蚀工艺必备 的工艺条件 和手段 。
２ １ 化 学试 剂 的 选 定 ． 金 属 腐 蚀 是 薄 膜 工 艺 中 的重 要 工 序 之 一 。 由
于被腐蚀 材料 的不 同， 取 的腐蚀 液 和腐蚀 条 件 选
原 因 有 以下 几 方 面 ：
Ｆ 一腐蚀深度／ 向腐蚀 宽度 侧 Ｆ是腐蚀 因子 ， 是用 来 衡量 腐蚀 质 量 的。若 Ｆ值大则表 明腐蚀效 果 良好 ， 般 Ｆ值在 ０ ５ 一 ．～ ２ ５范围 ， ． 通常 Ｆ值为 １时 即可 用 于生 产 。Ｆ值
为 １以 上并 不 难 达 到 ， 目前 虽 没 有 测 量 手 段 ， 实 但
４ ２ 钻蚀 ． 钻蚀一般 分侧 钻 和表 面钻 蚀 。侧 钻 也就 是
“ 向腐蚀 ” 已在前 面说 明 。准确 的腐 蚀速 率和 侧 ，
操作员认真细致 的观察 ， 以使侧 钻蚀 降 到最小 可 值 。表面钻蚀主要来 自于光 致抗蚀 剂 ， 是光致 一
３ 多层金 属 薄膜 腐 蚀
多层 金 属 腐 蚀 是 金 属 腐 蚀 工 艺 的 一 个 难 题 ，
可 以满 足 工 艺 要 求 ， 每 分 钟 的 腐 蚀 速 率 为 其
ｌ ０ ０ 。 ２ ０ Ａ。
多层金属腐 蚀 ， 择合适 的腐蚀液非 常重 要 ， 选 理想
的腐 蚀 液 能 有 选 择 地 只腐 蚀 需 要 加 工 的 金 属 膜 ， 对 基板和其它 金属 膜层 不产 生影 响或影 响 很小 。 这 就要求我们 腐蚀 一 种金属 最好 有 多种方 法 ， 选
第２ ３卷 第 ｌ 期 ２０ ０ ５年 ３月
萎 蓦感 遒鞭誊 短路
ＪＩ ＣＨＥＮＧＤＩ ＡＮＬＵ ＯＮＧＸＵＮ Ｔ
Ｖｏ． ３ Ｎｏ １ Ｉ２ ． Ｍａ． ０ ｒ ２ ０５
薄膜 金 属 腐蚀 及 相 关 工 艺 研 究
张云 生 李 丙 旺
（ 国兵 器 工 业 第 ２４研 究所 蚌埠 ２ ３４ ） 中 １ ３ ０ ２
３ ２ 腐 蚀 工艺 流 程 ．
ＴｉＣ ／ ／ ／ ｕ ＮｉＡｕ腐 蚀 工 艺 流 程 金 属 材 料 溅 射厚 度 腐 蚀 液 腐 蚀 时 间
金 镍 ３ ０ Ａ。 ００ ｌ００ ０ ０ Ａ。 ｌ ＃ ５＃ ５ Ｓ ５ｃ ５Ｓ ０ｃ
择 出合适 的化 学试 剂 ， 制 出适 合不 同情 况需 要 配
腐 蚀 液 代 号
１＃
硝酸铈 铵 、 酸高铈 、 酸 、 硫 硫 盐酸 、 硝酸 、 高氯酸 等。
２２ 腐 蚀 液 的 配 制 ．
腐 蚀 金 属
金
腐 蚀 溶 液
碘 ： 碘化钾 ： 一３ 克）： ０ 克）： ０ 毫升） 水 （ １（ ５（
三 氯 化 铁 ： 一 ｌ： （ 量 比）３ 硝 酸 溶 液 水 ５重 Ｏ 磷 酸 （５／）（ 热 到 ７ ￣ ８ ℃ ） ８ ９ ６ 加 ０ ０ 氢 氟 酸 （ ） ５ ３ ～ ３ 盐 酸 溶 液 ０ ５
造 成 严 重 钻 蚀 ， 致 膜 层 脱 落 ， 路 失 效 。经 过 多 导 电 次 试验 ， 过调 整 硝 酸 溶 液 的浓 度 ， 决 了这 一 难 通 解
题 。３ 的硝酸溶 液 ， ０ 比较适合 这 一复合 膜层 里
Ｃ ｕ的 腐 蚀 ， 基 板 和 其 它 金 属 膜 层 不 产 生 影 响 ， 检 测 ， 属 层 腐 蚀 干 净 ， 属 线 条 金 金
（ ） 合 膜 层 的 整 体 厚 度 及 单 层 厚 度 ， 些 ｂ复 这
边缘轮廓清晰 ， 无钻蚀 现象 ， 向腐蚀也控制得很 侧
好， 完全能够满足薄膜金 属腐蚀工艺要求 。
厚度 如果 选择不好会在腐蚀时产生严重 的侧 向钻 蚀 和膜层脱落现象 。