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半導(dǎo)體加工中的刻蝕技術(shù)包括濕法化學(xué)刻蝕 (Wet Chemical Etching)，等離子刻蝕(Plasma Etching)，反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching)和離子研 磨(Ion Milling)。

與其它刻蝕技術(shù)相比，濕法化學(xué)刻蝕工藝的主 要優(yōu)點(diǎn)是成本低，對(duì)硅片上器件幾乎無損害，高選 擇比。缺點(diǎn)是各向異性差，工藝控制性(對(duì)溫度敏 感)差，微顆?？刂撇?，化學(xué)品處理費(fèi)用高，由于氣 泡等因素很難使用于小的圖形。

半導(dǎo)體工業(yè)中的濕法刻蝕工藝，主要使用酸 液去除金屬、二氧化硅(SiO2)、硅等材料。相比等離子刻蝕，在刻蝕速率和經(jīng)濟(jì)性上要高于后者，但由 于酸液刻蝕在方向性上為各向同性，在高深寬比 溝槽的刻蝕控制上也不及后者，所以濕法刻蝕多 用于線寬尺寸較大，對(duì)刻蝕圖形精度要求不太高 的應(yīng)用。

在單片濕法刻蝕方法與傳統(tǒng)槽式處理方法相 比，避免了在同一槽內(nèi)批處理時(shí)硅片之間的互相污 染，潔凈度好，且單片處理速度更快，對(duì)刻蝕圖形的 精度控制也好于后者。

濕法刻蝕供酸管路系統(tǒng)的主體為主循環(huán)回 路，并有其它輔助的管路用于化學(xué)液補(bǔ)充或廢液子刻蝕，在刻蝕速率和經(jīng)濟(jì)性上要高于后者，但由 于酸液刻蝕在方向性上為各向同性，在高深寬比 溝槽的刻蝕控制上也不及后者，所以濕法刻蝕多 用于線寬尺寸較大，對(duì)刻蝕圖形精度要求不太高 的應(yīng)用。 在單片濕法刻蝕方法與傳統(tǒng)槽式處理方法相 比，避免了在同一槽內(nèi)批處理時(shí)硅片之間的互相污 染，潔凈度好，且單片處理速度更快，對(duì)刻蝕圖形的 精度控制也好于后者。 濕法刻蝕供酸管路系統(tǒng)的主體為主循環(huán)回 路，并有其它輔助的管路用于化學(xué)液補(bǔ)充或廢液

1 主循環(huán)回路各部件的布置

1.1 儲(chǔ)酸槽

作為整個(gè)供液回路的起點(diǎn)和終 點(diǎn)，起到儲(chǔ)存化學(xué)液的作用。槽的整體材料為 PFA 或 PTFE，以保證耐腐蝕性，依據(jù)液體的流動(dòng) 性質(zhì)，流出口設(shè)計(jì)在槽的底部與總閥及泵相連， 回流口和其它回收口、補(bǔ)液口都位于槽的頂蓋 上。槽內(nèi)裝有液位計(jì)，用于測(cè)量槽內(nèi)化學(xué)液存 量。液位計(jì)一般為 PTFE 或 PVDF 全包裹式，可 選多個(gè)固定液位測(cè)量式，預(yù)先設(shè)置 3~4 個(gè)位置分 別作為低液位報(bào)警或補(bǔ)液和高液位溢出報(bào)警使 用，也可選可全液位線性測(cè)量式，可在上位機(jī)監(jiān) 控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)酸槽內(nèi)液位情況。槽的一側(cè)上 部設(shè)置化學(xué)液溢出口，用于排出超量的化學(xué)液， 并有排氣功能。

在儲(chǔ)酸槽上要布置用于化學(xué)液補(bǔ)充的接口，在 液位傳感器感知到儲(chǔ)酸槽中化學(xué)液量不足時(shí)，啟動(dòng) 補(bǔ)液泵，通過補(bǔ)液管路從外部化學(xué)液儲(chǔ)存系統(tǒng)中向 設(shè)備內(nèi)的儲(chǔ)酸槽補(bǔ)充化學(xué)液。 另外，在儲(chǔ)酸槽上要布置用于 DI 水沖洗槽的 供水接口。

同時(shí)，適當(dāng)?shù)目刂蒲a(bǔ)液和供 DI 水的量，也是 調(diào)整管路內(nèi)化學(xué)液濃度的直接方法。由于化學(xué)液 的濃度是濕法刻蝕工藝的重要工藝參數(shù)，濃度不 是固定值，隨著硅片處理量的增加，濃度會(huì)不斷降 低，而濃度的降低會(huì)影響不同批次處理硅片的工 藝時(shí)間，所以，在處理一定批次硅片后，要適當(dāng)補(bǔ) 液來提高化學(xué)液的濃度，也可在必要時(shí)供 DI 水， 降低濃度。

1.2 加熱器與熱交換器的布置

??對(duì)于單片濕法刻蝕，一般選用在線加熱器(inline heater)，采用發(fā)熱電阻絲， 外層包裹或涂覆 PTFE 層，化? 學(xué)液從進(jìn)口流入加熱 器內(nèi)，控制電路控制電阻絲對(duì)化學(xué)液加熱，加熱后 的化學(xué)液從出口流出。

熱交換器的作用是降低化學(xué)液的溫度，使其穩(wěn) 定在要求的工藝溫度范圍內(nèi)，通常使用常溫水來冷 卻，可選用在線式或儲(chǔ)酸槽內(nèi)布置等方式。圖 3 為 在線式熱交換器示意圖，冷卻水為 18 ℃的去離子 水，冷卻水在交換器中循環(huán)流動(dòng)，與高溫化學(xué)液產(chǎn) 生熱交換，從而使化學(xué)液溫度下降。

由于整個(gè)管路是一個(gè)閉環(huán)回路系統(tǒng)，理論上可 以布置在回路上的任何位置，但考慮到對(duì)溫度控制 精度及穩(wěn)定性的要求，尤其是濕法刻蝕工藝對(duì)化學(xué) 液溫度的敏感性很高，為增加對(duì)化學(xué)液溫度控制的 穩(wěn)定性，加熱器和熱交換器應(yīng)該布置在溫度傳感器 之后(相對(duì)于化學(xué)液流向)，且加熱和熱交換都有時(shí) 間要求，不適于布置在進(jìn)入工藝腔之前，而應(yīng)在回 流儲(chǔ)酸槽的回路部分。

1.3 過濾器

用于控制化學(xué)液中的顆粒污染，由于濕法刻蝕 工藝對(duì)微顆粒污染的敏感性，所以應(yīng)當(dāng)使化學(xué)液通 過過濾器后立即進(jìn)入工藝腔進(jìn)行刻蝕處理。且選用 的過濾器為殼體與濾芯分離式為佳，因?yàn)檫^濾器的 濾芯使用一定時(shí)間后就需要更換，分離式過濾器更 換濾芯方便，不需要將過濾器整體更換，能更好地 降低成本。

1.4 壓力傳感器

測(cè)量回路內(nèi)化學(xué)液流體的壓力，由于進(jìn)入工藝 腔前和回流部分的壓力有很大差別，且同時(shí)工作的 工藝腔越多，回流部分的壓力會(huì)越小，而泵處于前 段，為了更好地控制泵為工藝腔供應(yīng)化學(xué)液，應(yīng)當(dāng) 檢測(cè)回流部分壓力，獲得壓力下降的幅度以便調(diào)節(jié) 泵的供酸量。由于是在主循環(huán)回路上測(cè)量管路內(nèi)流 體的壓力，所以不適于采用終端式的壓力傳感器， 在線式的為佳。

1.5 溫度傳感器

測(cè)量主循環(huán)回路中流體的溫度，類似壓力傳感 器，在線式為佳，在線式溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以 根據(jù)不同情況，任意調(diào)整在管路上測(cè)溫點(diǎn)的位置。 另外，也可采用 PTFE 包裹的探溫桿式傳感器，置 于儲(chǔ)酸槽內(nèi)進(jìn)行溫度的測(cè)量，由于刻蝕工藝對(duì)化學(xué) 液溫度的控制要求，以及儲(chǔ)酸槽內(nèi)集中了整個(gè)循環(huán) 管路中大部分化學(xué)液，所以，直接測(cè)量這部分化學(xué) 液的溫度情況，有利于對(duì)化學(xué)液溫度的控制。

1.6 流量調(diào)節(jié)開關(guān)

與壓力傳感器同樣的原因，也應(yīng)當(dāng)布置于回流 部分。相比壓力傳感器只能向上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)反饋 管路內(nèi)的流體壓力參數(shù)不同，流量調(diào)節(jié)開關(guān)或稱流 量控制器，不但可以監(jiān)控管路內(nèi)流體的流速，還可 進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)。

2 濕法刻蝕主要工藝參數(shù)

濕法刻蝕主要工藝參數(shù)包括刻蝕率、刻蝕選擇 性和刻蝕幾何圖形。濕法刻蝕的刻蝕速率較快，常用的酸液刻蝕混合劑有 HF, H3PO4, H2SO4, KOH, H2O2, HCl，可被用于刻蝕多種材料，如 Si, SiO2, Si3N4, PR, Al, Au, Cu 等

影響刻蝕率即材料去除率的因素： (1) 酸液槽內(nèi)濃度是不斷變化的，主循環(huán)回路 在供應(yīng)工藝腔進(jìn)行化學(xué)處理的同時(shí)，離開工藝腔的 酸液進(jìn)入排液管路，回到供酸槽中，這樣隨著加工 硅片數(shù)量的增加，槽內(nèi)酸液的濃度會(huì)隨著化學(xué)液的 消耗而相應(yīng)的下降；

(2) 工藝腔內(nèi)刻蝕處理的時(shí)間，決定了刻蝕圖 形的形狀，以及是否會(huì)過刻蝕；

(3) 化學(xué)液散布的均勻性，在硅片不同區(qū)域，化學(xué)液停留的時(shí)間，直接決定了刻蝕的均勻性，所以 要保證整個(gè)硅片的刻蝕均勻性，就必須要盡量使化 學(xué)液散布的均勻，可使硅片承片臺(tái)高速旋轉(zhuǎn)，在配 合以能使化學(xué)液均勻噴灑的化學(xué)液噴嘴結(jié)構(gòu)；

(4) 化學(xué)液的溫度，通過在主循環(huán)回路上布置 在線式的加熱器和熱交換器，是最有效的控制化學(xué) 液溫度的方式；

(5) 被刻蝕材料本身的密度及孔隙率，影響化 學(xué)液與被刻蝕材料的接觸面積，也相應(yīng)地影響材料 的去除速率。

(6) 處理批次，由于化學(xué)液濃度在不斷變化，隨 著處理批次的增加，濃度不斷降低，所以，為不影響 后續(xù)處理過程中化學(xué)反應(yīng)的處理效果，應(yīng)適時(shí)補(bǔ)充 化學(xué)液。 其中，處理時(shí)間，化學(xué)液溫度，化學(xué)液散布均勻 性，處理批次都是較容易控制的，只有槽內(nèi)化學(xué)液 的濃度是最難控制的，隨著處理硅片數(shù)量的增加， 化學(xué)液不斷被消耗，槽內(nèi)濃度不斷下降，會(huì)對(duì)后續(xù) 處理的時(shí)間和刻蝕速率有很大影響。 濕法刻蝕都有很高的刻蝕選擇性，但對(duì)污染 很敏感。濕法刻蝕出的圖形基本都是各向同性的，

3 結(jié)語

單片濕法刻蝕機(jī)的化學(xué)液循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)酸 槽、加熱器、熱交換器、過濾器、壓力和溫度傳感器 等一系列部件，通過合理的設(shè)計(jì)其放置順序可以獲 得穩(wěn)定的溫度與流量的化學(xué)液輸出。在對(duì)硅片進(jìn)行 濕法刻蝕處理時(shí)，酸槽內(nèi)化學(xué)液濃度與溫度、處理 時(shí)間和被刻蝕材料本身的特性是影響刻蝕結(jié)果的 主要因素。

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