Trong một thời gian dài, nhôm đóng vai trò là kim loại kết nối chính cho các mạch tích hợp. Mặc dù sau này được thay thế bằng đồng nhưng nhôm vẫn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chất bán dẫn. Khắc nhôm là một phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất nhôm. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, nhôm dễ bị ăn mòn sau khi khắc khô. Hiện tượng ăn mòn trông như thế nào? Điều gì gây ra điều này? Giải pháp là gì?
Cần khắc nhôm ở đâu?
Có quá nhiều nơi cần kim loại nhôm. Trong các sản phẩm bộ nhớ như DRAM và flash, dây nhôm vẫn được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ và dễ xử lý. Các thiết bị bộ nhớ này thường không có các yêu cầu về điện trở và điện di nghiêm ngặt như các chip logic hiệu suất cao. Các điện cực của hầu hết các sản phẩm chip thường được làm bằng nhôm, được sử dụng rộng rãi trong bao bì, đèn LED, chip vi lỏng, chip tần số vô tuyến, v.v.
hình ảnh
Cơ chế khắc kim loại nhôm
Các khí thường được sử dụng là Cl2, BCl3, HBr, Ar, N2, v.v.
Cl2: Là khí ăn mòn chính, Cl2 phản ứng với nhôm để tạo ra AlCl3 dễ bay hơi, từ đó tạo ra hiện tượng ăn mòn. Phương trình là:
3Cl2+2Al→2AlCl3
BCl3: Là chất phụ trợ cho khí ăn mòn, giúp loại bỏ lớp oxit tự nhiên trên bề mặt nhôm, đồng thời cung cấp khả năng bắn phá ion để tăng cường tính dị hướng của quá trình ăn mòn:
Al2O3 + 3BCl3→ 2AlCl3 + 3BOCl
hình ảnh
HBr:
1. Việc bổ sung HBr giúp tăng cường tính dị hướng của quá trình ăn mòn.
2. Lớp thụ động nhôm bromua (AlBrx) dễ bay hơi có thể được hình thành trên thành bên được khắc bằng nhôm. Lớp thụ động này giúp bảo vệ các thành bên và giảm hiện tượng ăn mòn bên hông không cần thiết.
3. Khi sử dụng kết hợp với Cl2 và BCl3, HBr có thể cải thiện tính chọn lọc của nhôm đối với chất quang dẫn được khắc trong cùng một khoang.
Ar: Là một loại khí hiếm, các ion Ar+ cung cấp khả năng bắn phá vật lý, giúp đạt được các đặc tính ăn mòn sạch hơn.
N2: lớp thụ động
hình ảnh
Tại sao xảy ra hiện tượng ăn mòn
AlCl3, một sản phẩm dễ bay hơi được tạo ra bằng cách ăn mòn nhôm, được rút ra khỏi buồng. Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ AlCl3 được chiết ra và phần lớn AlCl3 bị giữ lại trong chất quang dẫn hoặc trên bề mặt kim loại Al. Nếu tấm bán dẫn sau đó tiếp xúc với độ ẩm trong phòng sạch, AlCl₃ có thể tạo thành axit clohydric, gây ăn mòn nhôm. Loại ăn mòn này không phải lúc nào cũng xảy ra ngay lập tức. Nói chung, hiện tượng ăn mòn rõ ràng sẽ xuất hiện hai hoặc ba ngày sau khi ăn mòn. Phương trình ăn mòn Al là:
2Al+6HCl→2AlCl3+3H2
Những biện pháp nào có thể được thực hiện để giải quyết vấn đề ăn mòn?
hình ảnh
1. Sau khi khắc khô nhôm, ngay lập tức cho khí O2+CHF3 vào để loại bỏ hoàn toàn chất quang dẫn. CHF3 tạo ra các gốc flo trong huyết tương và các gốc này có thể phản ứng với AlCl3 để tạo ra AlF3. Vì AlF3 rất ổn định ở nhiệt độ phòng và không dễ bị thủy phân nên sẽ không gây ăn mòn trên bề mặt nhôm.
2. Sau khi khắc khô nhôm, làm sạch hoàn toàn bằng nước khử ion hoặc dung môi thích hợp để đảm bảo loại bỏ hết AlCl3 còn sót lại.
3. Để tránh để tấm bán dẫn tiếp xúc với môi trường có độ ẩm cao giữa quá trình ăn mòn và tước chất quang dẫn, có thể sử dụng hộp bán dẫn kín để bảo quản tấm bán dẫn.