專利名稱：帶監(jiān)控的真空鋁膜腐蝕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導體器件制造專用工藝設(shè)備。
現(xiàn)有半導體器件鋁膜圖形腐蝕裝置有兩類。一類是采用磷酸作腐蝕液對鋁圖形進行濕法腐蝕。而在正常大氣壓下，將腐蝕液加溫至70℃左右，進行鋁膜腐蝕，這種方法腐蝕效率低、精度差，相鄰鋁膜布線圖形間易產(chǎn)生連條，使半導體器件合格率降低。這種濕法腐蝕只適用于鋁膜圖形間距大于6微米的半導體器件工藝。另一類是采用等離子或反應離子腐蝕(RIE)，而在高真空中利用等離子體的物理和化學效應對鋁膜進行干法腐蝕，這種方法刻蝕精度高，但這種專用設(shè)備價格昂貴，而且對半導體器件產(chǎn)生輻射損傷，還易產(chǎn)生殘留物。另外現(xiàn)有濕法鋁膜腐蝕是采用光學方法監(jiān)控的，不論是可見光照射法或紅外光透射法，它們的缺點是在鋁膜腐蝕過程中產(chǎn)生了許多氫氣氣泡，則光訊號受氫氣泡的散射影響，而噪聲很大，不易獲得精確的腐蝕終點。
本實用新型的目的是設(shè)計一套用電化學方法監(jiān)控腐蝕終點的低真空濕法腐蝕鋁膜裝置。
裝置由可調(diào)低真空濕法腐蝕室，腐蝕終點檢測機構(gòu)，電訊號處理監(jiān)控電路三部分組成。
低真空濕法腐蝕室的結(jié)構(gòu)如下低真空室3內(nèi)有一腐蝕槽2，槽內(nèi)有硅片架10及待腐蝕的若干硅片9。硅片架10通過懸桿11，滑塊12，傳動絲桿13，固定座子14等機構(gòu)，固定在真空室3的底板上。調(diào)節(jié)滑塊12，傳動絲桿13，傳動齒輪15，馬達16即可控制與調(diào)節(jié)硅片架10上下左右的位子，使其中的硅片9達到浸入或脫離磷酸(S1PO4)腐蝕液1的操作要求。磷酸腐蝕液1的溫度由加溫電爐4，溫控探頭5調(diào)整。真空室3內(nèi)的真空度是利用機械泵19，低真空計20，真空針閥21來進行調(diào)節(jié)的。在腐蝕工藝開始之前，或在工藝完成之后，由放氣閥22向低真空室通大氣，以便硅片的裝卸。真空室3腔體由上下二部分構(gòu)成，上下腔體間設(shè)有橡膠密封圈23，以保持真空室的密封。上腔體頂部設(shè)有一觀察窗24，可以觀察腐蝕過程(詳見

圖1)。待腐蝕的硅片基本結(jié)構(gòu)如圖2或圖3所示在硅(Si)基片9上覆有一層二氧化硅(SiO2)，在SiO2上有待腐蝕的鋁膜7，對于不準備腐蝕掉的鋁膜部分，在其相應部位上有一層涂有光刻膠8的保護膜。一個合格的腐蝕工藝完成后凡未涂有光刻膠8的部位，鋁膜7應全部徹底腐蝕干凈，不留“連橋”或“連體”，而有光刻膠8的部位，鋁膜線條及邊緣應完好無缺。怎樣恰到好處地實現(xiàn)這一加工過程，精確地檢測監(jiān)控鋁膜7的線條腐蝕終點，這是個關(guān)鍵措施。
腐蝕終點檢測方法一般有光學方法和電化學方法兩類。如本說明書前面所述，光學方法因氫氣氣泡產(chǎn)生的噪聲，不宜用于精細加工檢測。本實用新型則采用電化學方法，設(shè)計了一組腐蝕終點檢測機構(gòu)和電訊號處理監(jiān)控電路。腐蝕終點檢測機構(gòu)由鉑(Pt)17形成一個電極，連接在金屬夾具18上的鋁膜7為另一電極，磷酸腐蝕液1為電解液，三者構(gòu)成一電化學傳感器。該傳感器的電動勢正比于電極的面積和腐蝕液的溫度，若溫度等條件不變，電動勢僅與鋁膜面積有關(guān)，這種因果關(guān)系不受磷酸在反應中產(chǎn)生的氫氣泡影響，即可直接獲得精確的終點腐蝕檢測訊號。當腐蝕開始時，鋁層面積最大，因而訊號達到極大值Vmax，并維持一定時間到t2，隨著鋁層不斷腐蝕減薄，部分區(qū)域產(chǎn)生空洞，輸出訊號V逐漸下降，隨著空洞不斷擴展，使其形成孤立鋁電極圖形(t1)時，輸出訊號V達到最小值Vmin。為了保證備硅片中每一區(qū)域能腐蝕充分，尚需追加一段過腐蝕時間到t4。所需追加時間(t4－t5)與前腐蝕時間(t5－t1)存在一定比例關(guān)系，比例系數(shù)r＝t4－t5／t2－t1，可通過工藝試驗得出，一般情況下r＝1／5(詳見圖4)。
腐蝕終點電訊號處理電路的原理可見圖5，首先將電化學傳感器獲得的電壓訊號(Vp－p＝0.5V)經(jīng)直流放大器放大至Vp－p＝5V左右，由整形電路轉(zhuǎn)換成一方波訊號，方波的寬度為t3－t1。該方波訊號進入恒流比例延遲器，使寬度為t3－t1方波加寬為t4－t1的三角波。加寬亦即延遲比例(t4－t3)／(t3－t1)在10－50％范圍內(nèi)可調(diào)，加寬后的三角波進入整形器轉(zhuǎn)換為等寬的方波進入微分器，在方波的上升沿和下降沿各產(chǎn)生一微分脈沖訊號(P1和P2)。當P1進入R－S觸發(fā)器，對其無作用，輸入仍為起始狀態(tài)“0”，P2進入時使其輸出為1，選通門打開，從1KC振蕩器發(fā)出的音頻訊號，由選通門進入放大器后，發(fā)出終點指示的聲響訊號，或通過發(fā)光二極管給出的腐蝕終點數(shù)字顯示，均告知鋁膜腐蝕達到最佳狀態(tài)。腐蝕終點電訊號處理電路的關(guān)鍵部分，亦是創(chuàng)新部分是圖6所示的恒流比例延遲器。它能對輸入的方波訊號按其寬度進行一定比例的展寬，從而達到自動控制過腐蝕時間(t4－t3)的目的。如圖6所見，輸入端Vin(－)，Vin(＋)互為反相，當Vin(－)為低電平(相當于方波高電平)時，T1，T2截止，由于穩(wěn)壓管D1作用使T2導通，R3、D1、T3、R2構(gòu)成恒流源，使T3以恒定電流向C充電，充電速率由R1調(diào)節(jié)，充電時間為(t3－t1)，與此同時，Vin(＋)為高壓電平，使T5、T4導通并使T5進入飽和，對D2起了短路作用，使T4截止，此時B端可視為開路對電容C的充電不會產(chǎn)生分流。當Vin反相時(t3時刻)即vin(－)為低電平時，同理，A端可視為開路，電容C上的電荷能通過T4、R11、R4、D2構(gòu)成的恒流源放電，放電電流由R11調(diào)節(jié)大小，放電時間(T4－T3)與放電速率和充電后Vc大小對應于(t3－t1)大小有關(guān)，因而調(diào)節(jié)R11即可得到不同的延遲比例r＝(T4－T3)／(T3－T1)。這樣在電容C上就得到了寬度為(t4－t3)的一個三角波訊號，上升沿為(t3－t1)，下降沿為(T4－T3)，經(jīng)整形后寬度為(t5－t1)的方波訊號就被擴展為寬度為(t4－t1)方波訊號。正確地控制延遲比例r的大小，即可保證鋁膜腐蝕的質(zhì)量水平。
本裝置采用電化學方法與恒流比例延遲器相結(jié)合的辦法，不僅克服了以往用光學方法進行腐蝕終點檢測的弊端，提高工藝精度，而且工藝操作方便，可以通過視覺或聽覺直接得訊號，本裝置的第二個優(yōu)點是既吸收了濕法腐蝕成本低，易實現(xiàn)的長處，又具有RIE高真空等離子體干法腐蝕工藝中的高精度特點，而價格僅為RIE設(shè)備的幾十分之一；其第三個優(yōu)點是使用效率高，一次可容納20片硅片，均勻性好，對硅片表面無損傷；其第四個優(yōu)點是適用面廣，從分立元器件到超大規(guī)模集成電路，無論是鋁膜還是其他Al－si合金，或Al－si－Cu合金材料的金屬膜的濕法化學腐蝕均可使用該裝置。第五，該裝置腐蝕終點精度分辨率可達2微米。
說明書附圖共計六幅圖1是低真空鋁膜圖形的濕法腐蝕裝置示意圖。
圖2是終點檢測電化學傳感器簡圖。
圖3是鋁膜腐蝕剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4是電化學傳感器輸出訊號曲線圖。
圖5為腐蝕終點訊號處理電路框圖。
圖6為訊號處理電路比例延遲器電路圖。
該裝置的腐蝕終點電訊號顯示，可以通過揚聲器終端進行聲響顯示，也可以通過發(fā)光二極管顯示。
權(quán)利要求1.帶監(jiān)控的真空鋁膜腐蝕裝置由低真空濕法腐蝕室，終點檢測機構(gòu)，腐蝕終點電訊號處理監(jiān)控電路三部分組成，其特征在于(1)低真空腐蝕室3內(nèi)有一腐蝕槽2，腐蝕槽2內(nèi)有硅片架10，硅片架掛在懸桿11上，并通過傳動齒輪15，馬達16，傳動絲桿13和滑塊12調(diào)節(jié)硅片架10上下移動。(2)腐蝕終點檢測機構(gòu)是鉑17形成一個電極，待腐蝕的鋁膜7形成另一電極和磷酸腐蝕液等三部分構(gòu)成的電化學傳感器。(3)腐蝕終點電訊號處理監(jiān)控電路有一個方波訊號洹流比例延遲器，R”為延遲的比例調(diào)節(jié)部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶監(jiān)控的真空鋁膜腐蝕裝置，其特征在于低真空腐蝕室3附有調(diào)節(jié)真空度的機械泵19，低真空計20，真空計閥21部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶監(jiān)控的的真空鋁膜腐蝕裝置，其特征在于低真空腐蝕室3附有調(diào)節(jié)腐蝕室溫度的加溫電爐4和溫控探頭5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶監(jiān)控的真空鋁膜腐蝕裝置，其特征在于腐蝕終點電訊號顯示可以通過揚聲器進行聲響顯示，也可以通過發(fā)光二級管顯示。
專利摘要帶監(jiān)控的真空鋁膜腐蝕裝置是用于半導體器件平面工藝中有關(guān)鋁及其合金膜的圖形腐蝕的關(guān)鍵設(shè)備。本裝置由真空腐蝕室、終點檢測器和訊號處理控制系統(tǒng)三大部分組成，與目前采用的濕法腐蝕工藝相比，具有腐蝕的全過程在低真空室中進行的特點，能及時排除腐蝕反應生成的氫氣泡。通過電化學傳感器進行精確的腐蝕終點檢測與控制，腐蝕分辨率可達2微米。該裝置從半導體分立元件到超大規(guī)模集成電路的鋁膜腐蝕工藝均適用。
文檔編號H01L21/306GK2112206SQ9123097
公開日1992年8月5日 申請日期1991年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月26日
發(fā)明者王家楫, 岳德全, 胡晴宇 申請人:復旦大學