激光半导体工艺和光控硅腐蚀的研究.pdfVIP

第十届全国电子束离子柬光子束学术年套 激光半导体工艺及光控硅腐蚀的研究 宋登元1，王小平2．李宝通1 (1河北走学电子信息I程学院，保定071002 2张家口职工大学，张家口075000) 摘要：激光半导体工艺是一种全新的半导体器件加工技术。它以激光束为工具，不仅可以完成 半导体器件制备过程中的掺杂、腐蚀和薄膜淀积等关键工艺，而且还可以用来进行金属平坦 化、引线键台、多层布线、多芯片互连以及掩模版的制备扣修复等方面酌I作。在对激光半导 体工艺进行概括总结的基础上，主要研究了利用聚焦的氩离子敬光束对单晶硅进行激光光控 液相腐蚀的原理与特·I生。 美键词：激光；半导体；硅；腐蚀 1 引言 最近几年，激光半导体工艺以其诱人的应用前景引起了人们的极大兴趣，发展十分迅速， 这种新一代半导体微细加工工艺的基本特征是将激光引入到半导体器件的加II艺中，因此 可以改进半导体常规加工工艺或获得常规工艺无法达到的质量要求。从原理上，这种工艺可 以代替或改进常规的半导体加工工艺来实现制备半导体器件各个工艺过程。例如，从半导体 器件的薄膜生长、图形的刻蚀和掺杂为主体的半导体芯片形成，到金属平坦化、引线键合和多 层互联为主体的芯片的后期制备，以及为提高半导体器件的成品率和降低成车而进行的掩模 版和芯片图形的修复，这些加工过程都可以由激光半导体工艺完成[1’2]。表1总结了激光在 半导体工艺中的应用情况。 激光用于半导体微细加工的优异特性主要来自激光具有良好的空间和时间相干性，高的 功率密度、宽的波长范围和可聚焦的束特性。其物理基础是激光光子与围绕半导体的环境的 分子以及半导体表面的原子相互作用。例如，当激光通过某种方式照射源气体时，可以与源气 体分子的电子结构发生直接的非热作用，利用单光子或多光子激发使其分解，这一过程称为光 分解；也可以把激光作为热源间接地通过加热衬底的方法使源气体分解，这一过程称为光热 解。激光分解源气体最终产生了半导体器件制备过程中需要的各种源气体，象掺杂剂、腐蚀剂 或淀积薄膜过程中的各种元素或化合物分子。用这种方法已实现了激光诱导化学气相淀积、 掩模版的修补、掺杂和气相腐蚀。另外，若利用聚焦激光束的高能量密度，在需要任何活性气 体的情况下，直接照射半导体的表面，使材料被熔融或被去除。利用这一原理可以实现半导体 器件制备过程中的烧蚀、再结晶、表面检测、引线键合、划片、电阻微调等工艺。上述过程实质 ——353—— 湖南·长沙 上是一种对材料的瞬态加热使其蒸发或离化的物理过程。它包括热和非热的两种作用机制。 在热过程中，激光以非常快的速度加热村底表面，使表面瞬态熔融或蒸发，相当于激光光子直 接激发或打破被照射物质表面的分子键；而在非热过程中，激光光：F激发被照射物质的电子一 空穴对，使电子一空穴对的热能通过无辐射跃迁过程直接耦合转变为原子的动能，导致固态物 质变为液态或原予克服表面的束缚蒸发变为气态原子。 表I激光在半导体制备工艺巾的应用 注：*袁示非基颇宰；CW表示连续波澈光器；PL表示脉冲激光器。 由于半导体器件制备的许多重要环节都是由腐蚀工艺实现的，所以激光诱导腐蚀已成为 ——354—— 一 二二一一l 第十届全国电子束离子束光子束学术年会 激光半导体工艺的一个非常重要的应用领域。根据使用腐蚀剂的种类，激光诱导腐蚀分为激 光诱导液相腐蚀和气相腐蚀。在本文中主要讨论激光诱导液相腐蚀。 当进行激光诱导液相腐蚀时，激光辐照侵入腐蚀液中的半导体表面使表面被腐蚀，这是由 于半导体或腐蚀液吸收了激光光子能量而转化为用于腐蚀的化学能。根据入射激光与半导体 表面或腐蚀系统作用的程度不同，激光诱导液相腐蚀可分为以下三种： (1)腐蚀液对光子有强烈的吸收作用。激光使腐蚀液分子被光激发或分解，光化学反应产 生了中性基碎片和各种带电物质，促进了从被激发的分子到半导体问电子的传输