摘要

當硅片進行濕法化學蝕刻時，芯片的任何外角都可能面臨嚴重的底切。這種咬邊問題對于切屑的邊界角來說是極其嚴重的;并且很多時候它會限制芯片設計的緊湊性。開發了一種特殊的蝕刻掩模圖案，用于在濕化學蝕刻下保護芯片的邊界角。這種圖案的主要中心部分可以防止蝕刻過程中角落處的任何底切。但是，有一個定時“保險絲”可以消除這個中心部分并在任何需要的時間打開角落。因此，只能在特定的時間長度內設置拐角保護。有了這個“定時炸彈”設備，它反過來可以使芯片設計更加緊湊。

介紹

底切是硅片濕法化學蝕刻中非常常見的問題。 這個問題在芯片的內角或器件結構幾乎不存在，但在外角更嚴重。

在典型的 硅晶片的各向異性蝕刻中，蝕刻圖案通常以 面為界。任何外角都將面對無數個平面，銳角垂直于 平面。通常，晶面是硅中蝕刻最慢的平面，因此成為蝕刻停止點。然而，平面上的蝕刻速率要快得多。因此，底切率變得非常嚴重。

通常，外角處的這種底切問題可能會嚴重影響芯片的設計及其緊湊性。如果外角周圍有很大的空間，那么可以使用常規的角補償技術來消除或減少這個問題3、4、5、6、7。但是，在其他情況下，例如在芯片的邊界處，可能沒有足夠的空間進行常規的拐角補償。當需要芯片之間干凈清晰的劃線作為分離芯片的手段時尤其如此。

設計保護裝置

轉角保護裝置的基本設計如圖(1)所示。黑色和深色區域是保護硅表面免受蝕刻的掩模。因此，白色區域是將被蝕刻的區域。有一些略有不同的其他版本可用。稍后將討論它們。

基本上，保護裝置包含一個中央保護部分和 4 個定時“保險絲”。為了讓讀者更清楚地了解每個功能，我們將在設計的演變過程中展示每個功能的功能。

在我們進入設計細節之前，讓我們回顧一下 硅片各向異性蝕刻的一些基本規則或現象。這些基本現象如圖(2)所示。首先，任何平行于平面的邊界或在平面垂直相交處的任何直角內角實際上都不會被底切(圖(2)-(A))。其次，任何外角都將被底切，直到它到達平面(圖(2)-(B))。第三，任何不平行于平面的平面或曲線將被底切，直到它到達平面或平面處的直角內角(圖2-(C))。

實驗結果

我們制作了幾片晶圓來測試我們的角部保護技術的真實能力。這些是 個帶有我們特殊保護掩模圖案樣品的晶片。它們在 75°C 的 44% KOH 溶液中各向異性蝕刻。氮化硅用作蝕刻掩模。圖 (8) 顯示了用于基本圖案設計的樣品晶片之一上的各個階段。除了原始蒙版(圖(8)-(A))，白色區域是原始表面。蝕刻區域以黑色顯示。灰色區域實際上是蝕刻區域上蝕刻掩模(氮化硅)的殘留物。

圖(8)-(A)為原角保護掩膜圖案圖片，帶有定時“保險絲”。圖 (8)-(B) 顯示了當底切到達“炸彈”開口的前部并產生新的外角時。圖(8)-(C)正好是“保險絲”完全消失的時候。圖 (8)-(D) 說明了中央保護部分的進一步底切。圖(8)-(E)顯示了當所有保護鏈接都被清除并且只剩下一個小的中央“島”時的最終外觀。圖 (8)-(F) 展示了完全消除中央“島”的略微額外的底切。

結論

獨創的各向異性蝕刻技術會通過底切來腐蝕(100)硅片上芯片的邊角。蝕刻越深，角越圓。然而，我們已經開發了一種技術來解決這個問題。通過我們專門設計的角部保護掩模圖案，可以保留芯片設計的原始外部幾何形狀。反過來，這將允許在未來的芯片設計中實現更高的緊湊性;同時，現在可以控制外部幾何形狀以滿足芯片應用要求。

審核編輯：湯梓紅