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

與其它刻蝕技術(shù)相比，濕法化學刻蝕工藝的主 要優(yōu)點是成本低，對硅片上器件幾乎無損害，高選 擇比。缺點是各向異性差，工藝控制性(對溫度敏 感)差，微顆粒控制差，化學品處理費用高，由于氣 泡等因素很難使用于小的圖形。

半導體工業(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，對刻蝕圖形精度要求不太高 的應用。

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)批處理時硅片之間的互相污 染，潔凈度好，且單片處理速度更快，對刻蝕圖形的 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液補充或廢液子刻蝕，在刻蝕速率和經(jīng)濟性上要高于后者，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，對刻蝕圖形精度要求不太高 的應用。 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)批處理時硅片之間的互相污 染，潔凈度好，且單片處理速度更快，對刻蝕圖形的 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液補充或廢液

1 主循環(huán)回路各部件的布置

1.1 儲酸槽

作為整個供液回路的起點和終 點，起到儲存化學液的作用。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 性質(zhì)，流出口設計在槽的底部與總閥及泵相連， 回流口和其它回收口、補液口都位于槽的頂蓋 上。槽內(nèi)裝有液位計，用于測量槽內(nèi)化學液存 量。液位計一般為 PTFE 或 PVDF 全包裹式，可 選多個固定液位測量式，預先設置 3~4 個位置分 別作為低液位報警或補液和高液位溢出報警使 用，也可選可全液位線性測量式，可在上位機監(jiān) 控軟件實時監(jiān)控儲酸槽內(nèi)液位情況。槽的一側(cè)上 部設置化學液溢出口，用于排出超量的化學液， 并有排氣功能。

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

同時，適當?shù)目刂蒲a液和供 DI 水的量，也是 調(diào)整管路內(nèi)化學液濃度的直接方法。由于化學液 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，濃度會不斷降 低，而濃度的降低會影響不同批次處理硅片的工 藝時間，所以，在處理一定批次硅片后，要適當補 液來提高化學液的濃度，也可在必要時供 DI 水， 降低濃度。

1.2 加熱器與熱交換器的布置

??對于單片濕法刻蝕，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? 學液從進口流入加熱 器內(nèi)，控制電路控制電阻絲對化學液加熱，加熱后 的化學液從出口流出。

熱交換器的作用是降低化學液的溫度，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，與高溫化學液產(chǎn) 生熱交換，從而使化學液溫度下降。

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

1.3 過濾器

用于控制化學液中的顆粒污染，由于濕法刻蝕 工藝對微顆粒污染的敏感性，所以應當使化學液通 過過濾器后立即進入工藝腔進行刻蝕處理。且選用 的過濾器為殼體與濾芯分離式為佳，因為過濾器的 濾芯使用一定時間后就需要更換，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

測量回路內(nèi)化學液流體的壓力，由于進入工藝 腔前和回流部分的壓力有很大差別，且同時工作的 工藝腔越多，回流部分的壓力會越小，而泵處于前 段，為了更好地控制泵為工藝腔供應化學液，應當 檢測回流部分壓力，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)點是可以 根據(jù)不同情況，任意調(diào)整在管路上測溫點的位置。 另外，也可采用 PTFE 包裹的探溫桿式傳感器，置 于儲酸槽內(nèi)進行溫度的測量，由于刻蝕工藝對化學 液溫度的控制要求，以及儲酸槽內(nèi)集中了整個循環(huán) 管路中大部分化學液，所以，直接測量這部分化學 液的溫度情況，有利于對化學液溫度的控制。

1.6 流量調(diào)節(jié)開關(guān)

與壓力傳感器同樣的原因，也應當布置于回流 部分。相比壓力傳感器只能向上位機監(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 進行主動調(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 在供應工藝腔進行化學處理的同時，離開工藝腔的 酸液進入排液管路，回到供酸槽中，這樣隨著加工 硅片數(shù)量的增加，槽內(nèi)酸液的濃度會隨著化學液的 消耗而相應的下降；

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

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

(4) 化學液的溫度，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 液溫度的方式；

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

(6) 處理批次，由于化學液濃度在不斷變化，隨 著處理批次的增加，濃度不斷降低，所以，為不影響 后續(xù)處理過程中化學反應的處理效果，應適時補充 化學液。 其中，處理時間，化學液溫度，化學液散布均勻 性，處理批次都是較容易控制的，只有槽內(nèi)化學液 的濃度是最難控制的，隨著處理硅片數(shù)量的增加， 化學液不斷被消耗，槽內(nèi)濃度不斷下降，會對后續(xù) 處理的時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

單片濕法刻蝕機的化學液循環(huán)系統(tǒng)包括儲酸 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，通過合理的設計其放置順序可以獲 得穩(wěn)定的溫度與流量的化學液輸出。在對硅片進行 濕法刻蝕處理時，酸槽內(nèi)化學液濃度與溫度、處理 時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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