集成電路芯片濕法去層技術研究

傅 華

（蘇州晶瑞化學股份有限公司，蘇州 215124）

在集成電路應用過程中，對芯片進行失效情況分析，需要針對多層結構下層芯片可觀察性和可測試性方面的問題進行研究，并采取有效的方式予以解決，才能提高整體檢測效果。大部分情況下，一些芯片的鈍化層是透明的，如SiO2等，需要借助金相顯微鏡進行芯片表層的金屬化層、擴散區觀測，從而利用簡單的處理技術進行去除。一些芯片鈍化層比較厚，往往會將小的失效點進行遮蓋，這樣就不容易直接通過顯微鏡來進行觀察和篩選，甚至一些芯片的鈍化層因含有聚酰氧胺等成分而顯示顏色，影響到鈍化層透明度，不利于準確觀察到芯片表面特征。此外本身芯片鈍化層具有絕緣性，如果應用機械探針進行測試，往往會導致接觸不良，鈍化層下方金屬化層的斷裂情況難以進行有效檢測，這些都不利于全面深入地了解芯片失效情況。應用掃描電子顯微鏡等設備技術進行失效探究時，荷電作用會對成像質量、波形測試情況產生不同程度影響，應用去除表面鈍化層對靜電放電產生的微小漏電通道通常難以全面檢測出來，所以還需要應用去除鈍化層、金屬化層以及層間間質等方法對芯片下層情況進行全面了解，應用去除絕緣的鈍化層、介質層對更深層實施探針檢測。因此，需要根據芯片具體情況進行分析，積極探究更加科學有效的檢測檢驗技術，從而提高芯片失效分析的質量和效率。

1 芯片結構及基本處理原理

集成電路芯片通常是通過氧化、擴散、光刻、刻蝕、離子注入等工藝把構成具有一定功能的電路所需的元件制造并集成在Si上。，通過借助金屬化層形成連接的功能來發生作用。整體上看芯片結構主要包括外延層、有源區、氧化層、多晶硅、層間介質層、金屬層、鈍化層、磷硅玻璃等結構。具體結構示意圖參照圖1所示：

圖1 芯片剖面結構示意圖

芯片去層技術通常分成兩大類型，一類為干法去層技術，另一類為濕法去層技術。前者主要是借助等離子體轟擊芯片表面從而實現各向異性刻蝕，但是設備造價高；后者主要是通過借助特定化學溶液與芯片待去除薄膜層發生一系列的化學反應，從而進行去除。該方法適應性強，表面均勻性好，對硅片損傷少，操作相對簡便，且應用的設備價格較低，應用相對比較普遍。

芯片濕法去層技術，需要根據具體的處理要求選擇具體的處理模式。對芯片內部結構進行分析，按照從上而下的順序進行去層處理，從而找到需要觀測的具體位置。芯片去層主要包括去鈍化層、去金屬化層以及去層間介質。

2 集成電路芯片濕法去層技術具體研究

目前基于硅基半導體芯片結構主要涉及鈍化層、金屬化層以及層間介質層，所以需要根據具體的處理要求分別選用具體的處理技術，具體分析如下：

2.1 去鈍化層處理技術

對于集成電路芯片而言，鈍化層是有效保護芯片內部機構的重要保護薄膜，常見主要為SiO2、SiNx、硼磷硅玻璃等，這些材料性能相對穩定，且絕緣性較高，致密性較高。鈍化層的后續通常需要根據芯片的性能由廠家來進行確定。在應用去鈍化層技術時需要根據芯片內部保護薄膜的具體成分和含量等選擇具體的化學蝕刻液，從而發生化學反應進行去除。針對SiO2可以引入氫氟酸；針對SiNx可以引入熱磷酸；針對硼磷硅玻璃，可引入氫氟酸與鹽酸混合液。具體依據產品情況配置相應濃度及組分反應溶液，選擇合適反應溫度及時間，將需要去除的膜層材料進行處理。完成去層后需要對去層效果進行檢查，通常采用金相顯微鏡或掃描電鏡進行處理前后產品形貌檢測，判斷是否完全處理。該方法操作簡便，實驗條件比較簡化，腐蝕過程為各項同性蝕刻，可能會發生一系列的化學連鎖反應，因此對反應溶液及反應條件要求較高。

2.2 金屬化層去除技術

集成電路芯片的材質通常是引用鋁制材料作為金屬化布線，所以可以濕法去除方法進行鋁層去除。該方法主要應用的配方試劑為HCl溶液、HNO3溶液或者H2SO4溶液，根據化學反應原理設置相應的濃度、溫度等參數，該方法對其余氧化層不會造成腐蝕等影響，且能夠進行完全去除，所以效果好，應用比較廣泛。發生化學反應的方程式為：

2.3 層間介質層去除技術

集成電路芯片的介質層主要成分構成是二氧化硅、多晶硅等，進行層間介質層去時除需要考慮層間介質層的不同膜層的形成方法以及摻雜的具體的元素，選擇具體的催化劑或者緩沖劑。整體上可以應用HF進行去除，并加入氟化銨作為緩沖劑，具體發生化學反應的方程式為：

按照上述化學反應方程，配置相應的溶液，設置溫度參數等，進行層間介質層雜質去除，提高去層效果。當然，應用上述三種處理技術進行集成電路芯片進行去層處理，也不一定能將芯片表面的所有失效點全面觀察到，所以還需要結合聚焦離子束等技術進行芯片深度處理。進一步提高分析準確性。整體上看，應用化學濕法去層技術對集成電路芯片膜層進行去除，是一種成本較低、效率較高的一種處理方法，應用范圍廣，值得進一步應用推廣。