引言
本次在補救InGaP/GaAs NPN HBT的噴霧濕法化學腐蝕過程中光刻膠粘附失效的幾個實驗的結果。確定了可能影響粘附力的幾個因素，並使用實驗設計(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是在光致抗蝕劑塗覆之前立即結合了天然氧化物蝕刻。除了改善粘附性，這種預塗處理還改變了GaAs，使得與未經表面處理的晶片相比，反應限制蝕刻更加各向同性；輪廓在都具有正錐度方向，但錐角不相同。改變後的剖面使我們能夠使用5200的蒸發金屬，不經平面化，生產出具有5×5 m發射極的完全可探測的HBT。
關鍵詞：光阻黏著，砷化鎵，濕蝕刻，表面處理，輪廓
介紹
光致抗蝕劑粘附在濕法蝕刻的結果以及隨後的電氣和光學器件的產量中起著關鍵作用。有許多因素會導致光致抗蝕劑粘附到半導體襯底上。然而，公開文獻中關於砷化鎵的信息非常少，硅常用的方法，如六甲基二硅氮烷(HMDS)預處理可能對GaAs無效。
我們的歷史蝕刻工藝進行了兩個主要的工藝改變，首先，我們從Clariant AZ4330光刻膠切換到Shipley SPR220-3。我們已經發現，後一種抗蝕劑具有更好的旋轉均勻性和解析度，但是其對GaAs的粘附力略次於AZ4330。其次，我們將濕蝕刻從基於手動浸沒的工藝轉移到SSEC 3300噴霧蝕刻系統。雖然有可能產生更好的蝕刻均勻性和可重複性，但是噴霧蝕刻系統可能是對光致抗蝕劑粘附力的苛刻測試，並且在錯誤的情況下可能導致工藝失敗，如圖1所示，圖1示出了遇到噴霧蝕刻系統的第一批中的一個典型器件。
最初的光刻過程作為後面描述的研究的控制。平版印刷術由140℃的HMDS蒸氣底漆、用於2.2 m膜的5 kRPM塗層和115℃的90秒軟烘烤組成，在Microtec ACS200塗層/顯影軌道上進行。然後用ASML PAS5000/55 i線投影步進機對樣品進行曝光(劑量=370mJ/cm2)，在115℃下曝光後烘烤90秒，和Co. NMD-W (2.38 % TMAH)顯影劑中旋轉顯影1分鐘。然後將它們在120℃下進行後顯影烘烤兩分鐘，並在Tepla 300桶灰化器中進行氧等離子除渣一分鐘。熔渣是200瓦、750毫托的等離子體，氮氣和氧氣的流速分別為500 sccm和10 sccm。通常，在去渣過程中，樣品水平放置在金屬板上。
然後用20 H2O∶1 NH4OH清洗樣品10秒鐘(蝕刻前清洗),並在1 h3po 4∶4 H2O 2∶45 H2O溶液中蝕刻。在光致抗蝕劑剝離後，通過用光學顯微鏡目視檢查來確定粘合質量。對研究中的每個晶片進行主觀粘合評級，10為最好，0為最差。蛇形結構對判斷粘接質量特別有幫助，因為它們在相對較小的觀察區域內提供了粘接失效的充分機會。圖2顯示了這種蛇形結構的一個例子，說明了一種解決的故障模式。
初始分割
為了研究抗蝕劑粘附問題，在抗蝕劑粘附DOE之前，使用n型(100) GaAs機械的手動、基於浸沒的蝕刻(蝕刻深度約為2 m)進行工藝分離。分裂顯示，與對照相比，增加的脫水烘烤(120℃10分鐘)和更高的顯影后烘烤(130℃2分鐘)對改善粘附性幾乎沒有作用。在光致抗蝕劑塗覆之前，更具侵蝕性的、五分鐘、600 W、225毫托、O2流速為600 sccm的除渣導致粘附質量下降。讓樣品靜置三天而不是立即蝕刻，降低了除20 H2O∶1 NH4OH預塗處理樣品之外的所有樣品的粘合性。20 H2O∶1 NH4OH的預塗處理10秒鐘產生優異的粘附性。此外，10秒鐘的10 H2O∶1 HCl預蝕刻清洗比基於氫氧化銨的清洗改善了粘附性。
這些初始分裂的令人驚訝的結果是(100) N型GaAs晶片的輪廓，當如圖3所示施加20 H2O∶1 NH4OH預塗覆處理時，該輪廓在兩個結晶方向上都是錐形的。當觀察通常為逆行的橫截面時，預塗處理的剖面的斜率約為50 °,當觀察通常為錐形的橫截面時，斜率約為40°。
抗粘連劑
為了進一步表徵和優化蝕刻工藝，進行了抗蝕劑粘附DOE。蝕刻深度為約0.8 μm，並且在光刻後的第二天在噴霧蝕刻工具中蝕刻樣品。
一個重要的工藝細節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格上。在將對照樣品與其他實驗進行比較時，石英舟的使用可能在某些條件下顯著降低粘附力，因為它使晶片熱隔離，允許它們在去渣過程中變熱。這導致抗蝕劑粘附的不良表面。第二個細節是在噴霧蝕刻工具中進行的基於NH4OH的預蝕刻清潔，而基於HCl的預蝕刻清潔是通過浸泡在酸工作台上手動進行的。當在沒有任何預塗處理的情況下進行基於NH4OH的預蝕刻清洗時，增加的噴射壓力可能導致觀察到的差的粘附力。
這些初始分裂的令人驚訝的結果是(100) N型GaAs晶片的輪廓，當如圖3所示施加20 H2O∶1 NH4OH預塗覆處理時，該輪廓在兩個結晶方向上都是錐形的。當觀察通常為逆行的橫截面時，預塗處理的剖面的斜率約為50 °,當觀察通常為錐形的橫截面時，斜率約為40°。
抗粘連劑
為了進一步表徵和優化蝕刻工藝，進行了抗蝕劑粘附DOE。蝕刻深度為約0.8 μm，並且在光刻後的第二天在噴霧蝕刻工具中蝕刻樣品。
一個重要的工藝細節是樣品的氧等離子體殘渣，其垂直放置在石英槽上，而不是水平放置在金屬網格上。在將對照樣品與其他實驗進行比較時，石英槽的使用可能在某些條件下顯著降低粘附力，因為它使晶片熱隔離，允許它們在去渣過程中變熱。這導致抗蝕劑粘附的不良表面。第二個細節是在噴霧蝕刻工具中進行的基於NH4OH的預蝕刻清潔，而基於HCl的預蝕刻清潔是通過浸泡在酸工作台上手動進行的。當在沒有任何預塗處理的情況下進行基於NH4OH的預蝕刻清洗時，增加的噴射壓力可能導致觀察到的差的粘附力。3x3x2 DOE中考慮的三個因素是預塗層處理(20 DI:1 NH4OH、10 DI:1 HCl或無)、顯影后烘烤(120°C 2分鐘或無)和預蝕刻清洗(20 DI:1 NH4OH、10 DI:1 HCl或無)。表1詳細列出了每個因素的水平和最終的粘合等級。
如圖4所示，結合了來自DOE的預塗處理的樣品的蝕刻輪廓在檯面的頂部具有輕微的唇緣。該唇緣可以解釋為使用噴塗工具的部分粘附損失，或者當前的噴塗蝕刻工藝不能去除光致抗蝕劑/GaAs界面處的材料。我們正在研究方消除觀察到的唇部。
