刻蚀培训教材
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刻蚀工艺培训
二、湿法刻蚀及去PSG原理
2.1 湿法刻蚀原理：利用HNO3和HF的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐 蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。
边缘刻蚀原理反应方程式： 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2↑ + 8H2O
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2.2 去PSG原理：
的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路
，此短路通道等效于降低并联电阻。������
经过刻蚀工序，硅片边缘带有的磷将会被去除干净，避免PN结短路造成并
联电阻降低。
1.2 去PSG目的
由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层SiO2，在高温
下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子
形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成PSG。
磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低 和功率的衰减。
死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降低 ，进而降低了Voc和Isc。
磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差,在PECVD工序将使镀的 SIxNy容易发生脱落，降低电池的转换效率
循环流量：调节循环流量，观察刻蚀效果，一般情况下，循环 流量增加刻蚀线宽增加，反之。
4.2、刻蚀线：可能出现过刻或刻蚀不足的情况，一般不超过 2mm，通过肉眼观察，也可通过冷热探针测量边缘电压来判 断是否刻通。
刻蚀不足：一般首先通过调节参数保证腐蚀深度在工艺 控制范围内即可。
检验方法
冷热探针法
冷热探针法测导电型号
检验原理
热探针和N型半导体接触时，传导电子将流向温度较低的区域， 使得热探针处电子缺少，因而其电势相对于同一材料上的室温 触点而言将是正的。
ETCH(PCB蚀刻培训教材)
蚀刻液温度：46~52oC 蚀刻液PH值：7.8~8.4(50oC) 蚀刻液比重：1.170~1.190 Cu2+：115~135g/l，Cl：150~190g/l 喷药水压力：18~30PSI 喷水压力：20~40PSI
生产线维护
设备的日常保养 A.不使蚀刻液有sludge产生(浅蓝色一价铜污泥),当结渣越 多，会影响蚀刻液的化学平衡，蚀刻速率迅速下降。所 以成份控制很重要－尤其是PH,太高或太低都有可能造成. B.随时保持喷嘴不被堵塞.(过滤系统要保持良好状态) 每周保养时检查喷嘴，若堵塞则立即清除堵塞物。 C.及时更换破损的喷嘴和配件 D.PH计，比重感应器要定期校验.
量，溶液温度及Cu2+浓度。
1.Cl-含量的影响
在氯化铜蚀刻液中Cl-浓度较多时， Cu2+和Cu+实际上 是以络离子的形式存在（[Cu2+Cl4]2－， [Cu+Cl3]2- ），所 以蚀刻液的配制和再生都需要Cl-参加反应，下表为氯离 子溶度与蚀刻速率关系。Biblioteka 蚀刻时间（分）12
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水溶液
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2N HCl溶液
反应：2CuCl+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O
自动控制添加系统：通过控制蚀刻速度，双氧水和盐 酸的添加比例，比重和液位，温度等项目，达到自动 连续生产。
我司采用此种再生方法。
二.碱性氨类蚀刻液
1.特性
－不与锡铅发生任何反应 －易再生，成本低，易回收 －蚀铜速度快，侧蚀小，溶铜能力高，蚀刻
为使之蚀铜反应进行更为迅速，蚀液中多加有助剂， 例如：
a. 加速剂( Accelerator) 可促使上述氧化反应更为快速， 并防止亚铜错离子的沉淀。
蚀刻培训讲义
蚀刻培训讲义一、流程入板→膨松→退膜→水洗→蚀刻→氨水洗→水洗→孔处理（沉金板）→水洗→退锡→水洗→烘干→出板二、目的将板面上多余之铜蚀去得到符合要求的线路图形三、控制要点与工作原理膨松: 一种浸泡式过程, 先将其软泡, 将给后工序退膜。
控制条件: 浓度3-5% 温度50±5℃行板速率2．退膜1．用3%的强碱或10-13%的RR-2有机去膜液剥除, 抗氧化剂防止铜面氧化, 除泡剂消泡。
2．蚀刻a.概述目前, 印刷电路板（PCB）加工的典型工艺采用“图形电镀法”。
即先在板子外层需保留的铜箔上, 也就是电路的图形部分上预镀一层铅锡抗蚀层, 然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉, 称为蚀刻。
要注意的是, 这时的板子上面有两层铜, 在外层蚀刻工艺中仅仅有一层铜是必须被全部蚀刻掉的, 其余的将形成最终所需要的电路。
在这种类型的电镀叫图形电镀, 其特点是镀铜层仅存在于铅锡抗蚀层。
另外一种工艺称为“全板镀铜工艺”, 与图形电镀相比, 全板镀铜的最大缺点是板面各处都要镀两次铜而且蚀刻时还必须都把它们腐蚀掉。
因此当导线线宽十分精细时将会产生一系列的问题。
同时, 侧腐蚀会严重影响线条的均匀性。
目前, 锡或铅锡是最常用的抗蚀层, 用在氨性蚀刻剂的蚀刻工艺中, 氨性蚀刻剂是普遍使用的化工药液, 与锡或铅锡不发生任何化学反应。
氨性蚀刻剂主要是指氨水/氯化氨蚀刻液, 下面作主要介绍。
对蚀刻质量的基本要求就是能够将除抗蚀层下面以外的所有铜层完全去除干净, 止此而已。
从严格意义上讲, 如果要精确地界定, 那么蚀刻质量必须包括导线线宽的一致性和侧蚀程度。
由于目前腐蚀液的固有特点, 不仅向下而且对左右各方向都产生蚀刻作用, 所以侧蚀几乎是不可避免的。
侧蚀问题是蚀刻参数中经常被提出来讨论的一项,它被定义为蚀刻深度与侧蚀宽度之比, 称为蚀刻因子。
在印刷电路工业中, 它的变化范围很宽泛, 从1到5。
显然, 小的侧蚀度或大的蚀刻因子是最令人满意的。
蚀刻退锡培训教材资料
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Cu Bringhtener PC-111
酸性蚀刻加药器简易图
2019/4/11
jetchem
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Cu Bringhtener PC-111
四、影响蚀刻速率因素分析
碱性蚀刻速率的影响因素 影响 因素 偏高 偏低 攻击金属抗蚀 层；易沉淀，还 会堵塞泵或喷 嘴，而影响蚀刻 效果。 蚀刻速率低，且 溶液控制困难 控制 范围
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Cu Bringhtener PC-111
再生方法 氧气或压 缩空气再 生
反应方程式 2Cu2Cl2+4HCl+O2 → 4CuCl2+2H2O
优点 便宜
缺点 再生反应 速率很低
氯气再生
Cu2Cl2+Cl2 → 2CuCl2
成本低， 氯气易溢出， 再生速 会 率快 污染环境 环保易 控制 易分解爆 炸且昂贵
故障类型 蚀刻速率降低
由于工艺参数控制不当引 检查及调整温度、喷淋压力、溶液比重、PH 起的 值和氯化铵的含量等工艺参数到规定值 1、氨的含量过低 2、水稀释过量 3、溶液比重过大 1、调整PH值到达工艺规定值； 2、调整严格按工艺规定执行； 3、排放出部分比重高的溶液，经分析后补 加氯化铵和氨的水溶液，使蚀刻液的比 重调整到工艺允许的范围 1、调整到合适的PH值； 2、调整氯离子尝试到规定值
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Cu Bringhtener PC-111
水池效应
图3 上下板面喷淋液流向
板面流 向
2019/4/11
jetchem
图4 喷淋液在板面成水池
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Cu Bringhtener PC-111
蚀刻教材(3F)
一、DES拉工艺流程：显影→蚀刻→褪膜（注：显影也称冲板）目的：将曝光时由菲林转移到干膜上的图形在铜面上表现出来。
即：干膜曝光区域的铜会留下来，未曝光区域的铜会蚀刻掉。
二、DES拉开机注意事项及参数控制1.开机前检查药水缸及水缸液位是否足够，检查冷却水、压缩空气是否打开。
2.开机后检查各段药水温度压力是否在要求范围。
3.参数控制药水参数控制：药水名称浓度显影： PC2034B 0.6~1.2%蚀刻： Cu2+ 110~170g/lH+ 1.6~2.8 N褪膜： NaOH 2~4%酸洗： H2SO4 1~3%溶液浓度配制：显影缸：A5：10LT A6：25LT A7：25LT褪膜缸：A5：27kg A6：30kg A7：30kg酸洗缸：A5：3LT A6：3LT A7：3LT配药房：显影开料缸：PC2031B 25LT褪膜开料缸：NaOH 25kg三、冲板注意事项：1.在批量冲板前，首先必须做首板，待拉长恢复，首板OK后方可生产。
2.对板面铜厚不一以及光面板/细线板，一定要按照拉长所要求的方式去放板，同时注意板的型号、层次，必须保证不放错板。
3.对于冲大背板，必须站起来冲板；对于板厚小于5mil、H/H以下的板（根据拉长要求）必须带板条冲板。
4.冲板时，板与板之间的距离保持大于2inch（即5.08cm）5.在撕膜时，板两面保护膜要同时撕下。
不允许撕了一面然后再撕另一面，避免菲林碎粘到板面，导致蚀板不净现象。
6.在撕膜时，一定要注意严防撕膜不净的问题发生，且刀片不能划入图形，以防划伤，导致报废。
7.放板时，必须双手拿板，轻拿轻放，发现有板弯或板角翘，一定将其抚平，并放好放正以防卡板。
8.对每够一批量LOT卡时，用一胶片隔开，作为该批板已完的标识。
四、执漏注意事项：1.在检查板面时，必须戴黑色胶手套，手拿板边。
严防显影不净，显影过度，撕膜不净的板流入蚀刻。
2.在操作过程中，必须做到小心操作，不要划伤板面，发现显影不净等不良板时，即时通知冲板员工停放，然后通知拉长解决。
刻蚀培训
尽管很复杂，但刻蚀反应不外分成两步： 硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚 硝酸将硅氧化）。 二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水 （快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液。 硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加快反应， 增加溶液黏度（增大溶液与PSG薄层间的界面张力）和 溶液密度。
二、湿 法 刻 蚀
Rena InOxSide 大致构造
刻蚀槽
上
H2SO4/
水 喷
碱洗槽 水 去PSG槽 水
喷
喷
片 HNO3/
淋
NaOH 淋
HF
淋
HF
吹 干
下
风片
刀
1.“一化一水”，硅片每经过一次化学品，都会经过一次水喷淋清洗。 2.除刻蚀槽和第一道水喷淋之间,其它的槽和槽之间都有吹液风刀。 3.除刻蚀槽外，其它化学槽和水槽都是喷淋结构，去PSG氢氟酸槽 是喷淋结构，而且片子进入到溶液内部。 4.最后一道水喷淋（第三道水喷淋）由于要将所有化学品全部洗掉，所 以水压最大。相应的，最后的吹干风刀气压最大。
受PSG影响，对于没有去PSG的单晶片子，正面会有 溶液铺展。 对于铺展上去了的溶液蒸发旺盛，PSG快速消耗氢氟 酸，这些因素造成溶液浓度下降，无法刻蚀硅片；所 以就需要从刻蚀溶液主体来输运酸以保持浓度。 硫酸有时虽会减少铺展，但它会减小氢氟酸、硝酸的 挥发，增加反应速率，有时甚至加深了正面刻蚀。
SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O 但是如果HF过量，则SiF4会和HF继续反应，总的反应 式为：
SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O
操作注意事项
插片务必确认扩散面的方向。 更换氢氟酸必须同时对槽进行彻底清洗。在配制和清 洗时，一定要做好保护措施。 硅片在两个槽中（悬挂在空中）的停留时间不得过长 ，防止硅片被氧化。 甩干的时间不能随便缩短！防止干燥不彻底。 当硅片从氢氟酸槽中提起时，观察其表面是否脱水， 如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还 沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净。
PCB蚀刻教材(ETCH、工程师培训资料)
对策： 对策：
对于开路在蚀刻段主要原因有： 1、运输轮的擦花 2、压辘会粘起干膜。我们可检查运输轮将变形之运输轮的胶圈更换解决这 问题，同时可定期更换运输轮来预防这一问题的发生。 3、对于压辘粘起干膜，我们要求每天每次开机前用清水清洗压辘，将结晶 盐溶解，同时每星期定时用酒精擦压辘。
短路的成因有： 短路的成因有： 1、显影不干净 2、运输轮本身粘有干膜碎 对策： 对策： 1、对于显影不净可控制显影速度的合理性和采用圆锥形的喷嘴，并保持显 影压力。 2、运输轮本身粘有干膜可停止开风刀来防止 3、油粘在铜板的表面我们可用吸油绵或更换过滤棉蕊来解决。
各种药物在蚀刻液中的必要性及效果。 HCL作用 作用 1、使Cucl转化为Cucl2 2、使蚀刻速度增高。 3、促进蚀刻速度长期稳定化 4、HCL浓度过高会伤Resist H2O2作用 1、使CU+ CU2+起催化作用 2、起再生作用
蚀刻常见的品质问题有： 1、开路 2、短路 3、蚀刻末净 4、线幼 5、蚀刻过度 各种药水控制浓度及工艺参数：Na2CO3 0.7-1.1% HCL 30-35% CU2+ 100-120 g/l NaOH 1.0-4.0% 显影压力为25-30PSI蚀刻太力为35-45PSI 显影的速度控制应保持露铜点50为新进工程师了解蚀刻工艺流程
目录： 目录
蚀刻简介 ----------- 3 蚀刻工艺流程及原理 --------- 4-5 蚀刻常见质问题及对策 -------- 6-9 环保局 -------------------------------10
蚀 刻 简 介：
蚀刻由显影、蚀刻、褪膜三大部份组成。显影为将未曝光部份溶 解，曝光部份保留。显影的决定速度可按露铜点50-70%决定。蚀 刻是将裸露的铜面蚀掉，从而得到我们所需的图形。褪膜是利用强 碱能将干膜溶解原理，将干膜冲洗干净。NaOH浓度控制3-5%。浓 度过高会造成板面氧化，太低又冲洗不干净。
刻蚀培训
刻 蚀 培 训
一、干 法 刻 蚀
刻蚀的目的
由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式 ，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散 上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩 散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。此短路 通道等效于降低并联电阻。 经过刻蚀工序，硅片边缘的带有的磷将会被去除干净 ，避免PN结短路造成并联电阻降低。
干法刻蚀原理
等离子体的定义： 随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和 气体。它们统称为物质的三态。 如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子间 的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中的电子 因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚，成为 自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。这样， 物质就变成了一团由电子和带正电的的离子组成的混 合物。这种混合物叫等离子体。它可以称为物质的第 四态。
刻蚀线
刻蚀线一般是淡淡的一条黑线，正常情况下刻蚀线到边缘的距离控 制在1.5mm以下，最宽不得超过1.5mm。而有时在边缘会有很显眼 的很黑很黑的线或黑区，这些东西就不是刻蚀线了，而是没有洗干 净的酸，此时需要在碱槽手动补碱来解决。如果多次出现这种情况， 必须检查碱洗槽是否堵碱。
湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点
超越工艺——其它
制冷机跳闸与故障 碱喷淋后的吹液风刀堵孔：导致碱液被带出， 频繁出现碱槽液位过低的报警。
谢 谢！
5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2
尽管很复杂，但刻蚀反应不外分成两步：
硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚
硝酸将硅氧化）。 二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水 （快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液。 硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，
一、干 法 刻 蚀
刻蚀的目的
由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式 ，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散 上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩 散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。此短路 通道等效于降低并联电阻。 经过刻蚀工序，硅片边缘的带有的磷将会被去除干净 ，避免PN结短路造成并联电阻降低。
干法刻蚀原理
等离子体的定义： 随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和 气体。它们统称为物质的三态。 如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子间 的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中的电子 因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚，成为 自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。这样， 物质就变成了一团由电子和带正电的的离子组成的混 合物。这种混合物叫等离子体。它可以称为物质的第 四态。
刻蚀线
刻蚀线一般是淡淡的一条黑线，正常情况下刻蚀线到边缘的距离控 制在1.5mm以下，最宽不得超过1.5mm。而有时在边缘会有很显眼 的很黑很黑的线或黑区，这些东西就不是刻蚀线了，而是没有洗干 净的酸，此时需要在碱槽手动补碱来解决。如果多次出现这种情况， 必须检查碱洗槽是否堵碱。
湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点
超越工艺——其它
制冷机跳闸与故障 碱喷淋后的吹液风刀堵孔：导致碱液被带出， 频繁出现碱槽液位过低的报警。
谢 谢！
5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2
尽管很复杂，但刻蚀反应不外分成两步：
硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚
硝酸将硅氧化）。 二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水 （快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液。 硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，
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• 金属铝腐蚀 -Al Etch
• HNO3 : 氧化剂, H3PO4 :刻蚀剂, CH3COOH : 缓冲剂
• 氮化硅腐蚀 -Silicon Nitiride Etch
• Hot (>150℃) H3PO4 :刻蚀剂
• 3＃去胶 - SC-3（120℃）
• H2SO4 + H2O2 = H2SO5 + H2O • H2SO5 + PR = H2SO4 + CO2 + H2O
Planar Etch Back, Pad & Repair • - 使用气体 : fluoro-compounds(CF4, CHF4, C4F8,….etc)
三、刻蚀工艺的发展及我公司当前刻蚀状况
我公司当前用到的刻蚀方法主要是湿法腐蚀与等离子刻蚀，适用于 线宽1.5um以上产品。 其中湿法腐蚀应用工序有：
什么是等离子体
等离子体是低压气体(一般 < 1 torr)在外 界电场(DC, AC, RF, µwave)作用下，局部 气体发生电离而产生的；它由正离子，电 子，中性原子，中性分子组成。
• 电离 Ionization • 分裂 Dissociation • 激发 Excitation
桶式等离子刻蚀机
湿法刻蚀原理
• 通过合适的化学溶液与所欲蚀刻的材质进行 化学反应，然后转成可溶于此溶液的化合物
，而达到去除的目的。
• 湿法蚀刻的进行主要是凭借溶液与欲刻蚀材 质之间的化学反应，因此，我们可以籍由化 学溶液的选取与调配，得到适当的蚀刻速率 ，以及欲蚀刻材质对下层材质的良好蚀刻选 择比。
• 各向同性刻蚀
所用机台：TEGAL-415、TEGAL-915
四、刻蚀工艺评价项目、方法与标准
• 刻蚀速率 ETCH RATE －－单位时间内刻蚀掉的厚度
• 均匀性 UNIFORMITY －－硅片内或硅片间速率偏差程度
• CD损失 CD LOSS －－刻蚀前后线条的变化量
• 选择比 SELECTIVITY －－不同材质之间的刻蚀速率比
湿法腐蚀槽示意图
硅片
试剂 内槽
过滤器 热交换器
外槽
M
循环泵
主要的化学试剂
– BOE、BHF（HF/H2O) – 氟化氨腐蚀液 （NH4F/HF/H2O) – 混酸4F（HNO3/ NH4F/HF/H2O） – 铝腐蚀液（HNO3/H3PO4/CH3COOH) – 热磷酸（H3PO4) – KOH
等离子刻蚀各种效果图
各种等离子刻蚀比较
干法刻蚀材料、气体及产物
侧壁保护的等离子刻蚀 Protective Ion Enhanced
• 一层保护膜在硅片上淀积，阻止反应剂到达被刻材料表面，使 反应停止
• 表面离子轰击破坏保护膜，使反应继续。 • 侧壁由于离子轰击能量小，无法破坏，因此反应停止
• 不挥发的高分子膜 • -(N2 , HBr, BCl3, CH3F… ..)
• 宏观效应
– 单位面积反应浓度
• 微观效应
– 溅射材质 – 聚合物 – 生成物扩散
干法刻蚀的优点及缺点
•优点 Advantages:
没有光刻胶支持问题 各向同性刻蚀 化学物品消耗少 反应生成物处理成本低 自动化程度高
• 缺点 Disadvantages:
设备复杂， RF, 气体系统,真空系统, 选择比低 残渣、聚合物、重金属 产生颗粒
等离子刻蚀应用工序主要有：
1、氧化层刻蚀：DI-ET、CO-ET、VA-ET、PA-ET等 ；
所用机台：AME-8110、LAM-590、TEGAL-903 2、氮化硅刻蚀：AA-ET、CA-ET等；
所用机台： LAM-490、TEGAL-901 3、铝刻蚀：LA-ET、LB-ET。
所用机台： AME-8330 4、干法去胶：
等离子刻蚀的基本方法
• 1.化学刻蚀 Chemical Etching • 2.物理刻蚀 Sputtering Etching • 3.离子增强刻蚀 Ion Enhanced Etching
• RIE 反应离子刻蚀 • MERIE 磁场增强反应离子刻蚀 • ECR 电子回旋共振刻蚀 • ICP 感应耦合等离子体刻蚀
•各向异性
(ANISOTROPIC)
刻蚀的方向性
干法刻蚀
• 干法刻蚀原理 • 什么是等离子体 • 常见刻蚀设备 • 干法刻蚀基本方法 • 侧壁保护刻蚀 • 终点控制（End Point Detection） • 优点及缺点 • 生产线应用
干法刻蚀（DRY ETCHING）
等离子干法刻蚀的原理可以概括为以下几个步骤：
• 过刻蚀 OVER ETCH －－刻蚀干净后额外的刻蚀量
• 剖面 PROFILE
－－刻蚀后台阶的形貌
• 颗粒 PARTICLE
• 损伤 PLASMA DAMAGE（干法刻蚀）
• 聚合物 POLYMER（干法刻蚀）
• 残留物 RESIDUE（干法刻蚀）
刻蚀速率：
1、稳定性：反映工艺的可重复能力，要求波动范围在±10% 以内。可以通过计算CPK大小来进行评价； 2、大小：大小直接决定机台通量，因此在稳定性及机台与产 品承受能力满足要求的情况下，应尽量提高刻蚀速率。
• 大尺寸图形腐蚀，例埋层（BL） • 氧化层漂净,例外延前氧化层漂净 • SiN剥离 • 引线孔、通孔斜面腐蚀 • 压点腐蚀
主要控制参数
• 主要控制参数
– 腐蚀速率
• 溶液温度（热交换器、循环装置） • 溶液浓度（添加试剂、加工片量、放置时间）
– 腐蚀时间
• 人工计算 • 终点控制
•各向同性
(ISOTROPIC)
如气体流量、温度、或晶片上材料一批与一批间的差异，都会影响刻蚀时间
的控制，因此，必须时常检测刻蚀速率的变化；使用终点侦测器的方法。可
以计算出刻蚀结束的正确时间，进而准确地控制过度刻蚀的时间，以确保多
次刻蚀的再现性。
• 常见的终点侦测有三种方法：
•
1. 光学放射频谱分析(Optical Emission CO-483.5nm
• 纯物理反应 • 各向异性 • 选择比差 • 反应压力低 • 单片工艺 • 刻蚀速率低
• 例：反溅射
3.离子增强刻蚀 Ion Enhanced Etching
• 离子轰击增加活性基团与基板材料的反应
• 损伤增加生成物的挥发 • 化学溅射 • 以化学方式增加物理溅射 • 离子反应
等离子刻蚀的的速率比较
– 在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成 等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体 中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能 量并形成大量的活性基团（Radicals）
– 活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性 的反应生成物
– 反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。 各向异性刻蚀
湿法腐蚀（WET ETCHING)
• 二氧化硅腐蚀 -Silicon Oxide Etch
• SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O • HF : 刻蚀剂, NH4F : 缓冲剂
• 多晶硅腐蚀 -Poly-Si Etch
• Si + HNO3 + 6HF → H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O • HNO3 : 氧化剂, HF : 刻蚀剂
•
AL-396nm)
•
2. 雷射干涉量度分析(Laser )
•
3. 质谱分析(Mass Detection)
• Laser 利用雷射光垂直射入透明的簿膜，在透明簿膜前被反射的 光线与穿透簿膜后被下层材料反射的光线相干涉时，来侦测终点。
SF6 刻蚀 放射光谱图
典型终点检测曲线图
等离子刻蚀负载效应
ICP was introduced much later (1991- 1995) for plasma processing.
most important with both: independent control of ion energy and ion current density
lower (substrate) electrode grounded, RF driving opt.
湿法刻蚀的优点及缺点
• 优势 Advantage • -设备简单 • -可靠性 • -低成本 • -大通量 • -高选择比
• 缺点 Disadvantage • -各向同性刻蚀 • -CD难控制 • -刻蚀度（过刻）不易控制 • -不能应用于小尺寸 • -操作困难及危险 • -环境污染
生产线上的主要用途
• 金属刻蚀 （Al,W,Ti,TiN,Pt,…） • -工艺: WL, BL, Cap, MLM: Al, W, Pt, Ru, Ta, etc • -使用气体 : Cl2, BCl3, CCl4, etc
• 介质刻蚀（SiO2, Si3N4,PSG,BPSG,SiON… ） • -工艺: ISO, Contact (Poly C/T, Metal C/T, Via), Spacer ，
一、刻蚀的目的及作用
• 刻蚀是用物理或化学的方法有选择地从硅片表面去除 不需要的材料的过程；一般分为两种：湿法刻蚀、干 法刻蚀。
• 刻蚀的基本作用是准确地复制掩膜图形，以保证生产
线中各种工艺正常进行。
二、刻蚀过程与原理
湿法腐蚀
（WET ETCHING)
• 湿法腐蚀原理 • 常见设备工作图 • 主要试剂及用途 • 优点及缺点 • 生产线应用 • 工艺主要控制参数
1.化学刻蚀 Chemical
• 气体被离子化，形成等离子体。 • 等离子体中的活性基团与基板物质反应，生成挥发性
物质被抽走。
• HNO3 : 氧化剂, H3PO4 :刻蚀剂, CH3COOH : 缓冲剂
• 氮化硅腐蚀 -Silicon Nitiride Etch
• Hot (>150℃) H3PO4 :刻蚀剂
• 3＃去胶 - SC-3（120℃）
• H2SO4 + H2O2 = H2SO5 + H2O • H2SO5 + PR = H2SO4 + CO2 + H2O
Planar Etch Back, Pad & Repair • - 使用气体 : fluoro-compounds(CF4, CHF4, C4F8,….etc)
三、刻蚀工艺的发展及我公司当前刻蚀状况
我公司当前用到的刻蚀方法主要是湿法腐蚀与等离子刻蚀，适用于 线宽1.5um以上产品。 其中湿法腐蚀应用工序有：
什么是等离子体
等离子体是低压气体(一般 < 1 torr)在外 界电场(DC, AC, RF, µwave)作用下，局部 气体发生电离而产生的；它由正离子，电 子，中性原子，中性分子组成。
• 电离 Ionization • 分裂 Dissociation • 激发 Excitation
桶式等离子刻蚀机
湿法刻蚀原理
• 通过合适的化学溶液与所欲蚀刻的材质进行 化学反应，然后转成可溶于此溶液的化合物
，而达到去除的目的。
• 湿法蚀刻的进行主要是凭借溶液与欲刻蚀材 质之间的化学反应，因此，我们可以籍由化 学溶液的选取与调配，得到适当的蚀刻速率 ，以及欲蚀刻材质对下层材质的良好蚀刻选 择比。
• 各向同性刻蚀
所用机台：TEGAL-415、TEGAL-915
四、刻蚀工艺评价项目、方法与标准
• 刻蚀速率 ETCH RATE －－单位时间内刻蚀掉的厚度
• 均匀性 UNIFORMITY －－硅片内或硅片间速率偏差程度
• CD损失 CD LOSS －－刻蚀前后线条的变化量
• 选择比 SELECTIVITY －－不同材质之间的刻蚀速率比
湿法腐蚀槽示意图
硅片
试剂 内槽
过滤器 热交换器
外槽
M
循环泵
主要的化学试剂
– BOE、BHF（HF/H2O) – 氟化氨腐蚀液 （NH4F/HF/H2O) – 混酸4F（HNO3/ NH4F/HF/H2O） – 铝腐蚀液（HNO3/H3PO4/CH3COOH) – 热磷酸（H3PO4) – KOH
等离子刻蚀各种效果图
各种等离子刻蚀比较
干法刻蚀材料、气体及产物
侧壁保护的等离子刻蚀 Protective Ion Enhanced
• 一层保护膜在硅片上淀积，阻止反应剂到达被刻材料表面，使 反应停止
• 表面离子轰击破坏保护膜，使反应继续。 • 侧壁由于离子轰击能量小，无法破坏，因此反应停止
• 不挥发的高分子膜 • -(N2 , HBr, BCl3, CH3F… ..)
• 宏观效应
– 单位面积反应浓度
• 微观效应
– 溅射材质 – 聚合物 – 生成物扩散
干法刻蚀的优点及缺点
•优点 Advantages:
没有光刻胶支持问题 各向同性刻蚀 化学物品消耗少 反应生成物处理成本低 自动化程度高
• 缺点 Disadvantages:
设备复杂， RF, 气体系统,真空系统, 选择比低 残渣、聚合物、重金属 产生颗粒
等离子刻蚀应用工序主要有：
1、氧化层刻蚀：DI-ET、CO-ET、VA-ET、PA-ET等 ；
所用机台：AME-8110、LAM-590、TEGAL-903 2、氮化硅刻蚀：AA-ET、CA-ET等；
所用机台： LAM-490、TEGAL-901 3、铝刻蚀：LA-ET、LB-ET。
所用机台： AME-8330 4、干法去胶：
等离子刻蚀的基本方法
• 1.化学刻蚀 Chemical Etching • 2.物理刻蚀 Sputtering Etching • 3.离子增强刻蚀 Ion Enhanced Etching
• RIE 反应离子刻蚀 • MERIE 磁场增强反应离子刻蚀 • ECR 电子回旋共振刻蚀 • ICP 感应耦合等离子体刻蚀
•各向异性
(ANISOTROPIC)
刻蚀的方向性
干法刻蚀
• 干法刻蚀原理 • 什么是等离子体 • 常见刻蚀设备 • 干法刻蚀基本方法 • 侧壁保护刻蚀 • 终点控制（End Point Detection） • 优点及缺点 • 生产线应用
干法刻蚀（DRY ETCHING）
等离子干法刻蚀的原理可以概括为以下几个步骤：
• 过刻蚀 OVER ETCH －－刻蚀干净后额外的刻蚀量
• 剖面 PROFILE
－－刻蚀后台阶的形貌
• 颗粒 PARTICLE
• 损伤 PLASMA DAMAGE（干法刻蚀）
• 聚合物 POLYMER（干法刻蚀）
• 残留物 RESIDUE（干法刻蚀）
刻蚀速率：
1、稳定性：反映工艺的可重复能力，要求波动范围在±10% 以内。可以通过计算CPK大小来进行评价； 2、大小：大小直接决定机台通量，因此在稳定性及机台与产 品承受能力满足要求的情况下，应尽量提高刻蚀速率。
• 大尺寸图形腐蚀，例埋层（BL） • 氧化层漂净,例外延前氧化层漂净 • SiN剥离 • 引线孔、通孔斜面腐蚀 • 压点腐蚀
主要控制参数
• 主要控制参数
– 腐蚀速率
• 溶液温度（热交换器、循环装置） • 溶液浓度（添加试剂、加工片量、放置时间）
– 腐蚀时间
• 人工计算 • 终点控制
•各向同性
(ISOTROPIC)
如气体流量、温度、或晶片上材料一批与一批间的差异，都会影响刻蚀时间
的控制，因此，必须时常检测刻蚀速率的变化；使用终点侦测器的方法。可
以计算出刻蚀结束的正确时间，进而准确地控制过度刻蚀的时间，以确保多
次刻蚀的再现性。
• 常见的终点侦测有三种方法：
•
1. 光学放射频谱分析(Optical Emission CO-483.5nm
• 纯物理反应 • 各向异性 • 选择比差 • 反应压力低 • 单片工艺 • 刻蚀速率低
• 例：反溅射
3.离子增强刻蚀 Ion Enhanced Etching
• 离子轰击增加活性基团与基板材料的反应
• 损伤增加生成物的挥发 • 化学溅射 • 以化学方式增加物理溅射 • 离子反应
等离子刻蚀的的速率比较
– 在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成 等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体 中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能 量并形成大量的活性基团（Radicals）
– 活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性 的反应生成物
– 反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。 各向异性刻蚀
湿法腐蚀（WET ETCHING)
• 二氧化硅腐蚀 -Silicon Oxide Etch
• SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O • HF : 刻蚀剂, NH4F : 缓冲剂
• 多晶硅腐蚀 -Poly-Si Etch
• Si + HNO3 + 6HF → H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O • HNO3 : 氧化剂, HF : 刻蚀剂
•
AL-396nm)
•
2. 雷射干涉量度分析(Laser )
•
3. 质谱分析(Mass Detection)
• Laser 利用雷射光垂直射入透明的簿膜，在透明簿膜前被反射的 光线与穿透簿膜后被下层材料反射的光线相干涉时，来侦测终点。
SF6 刻蚀 放射光谱图
典型终点检测曲线图
等离子刻蚀负载效应
ICP was introduced much later (1991- 1995) for plasma processing.
most important with both: independent control of ion energy and ion current density
lower (substrate) electrode grounded, RF driving opt.
湿法刻蚀的优点及缺点
• 优势 Advantage • -设备简单 • -可靠性 • -低成本 • -大通量 • -高选择比
• 缺点 Disadvantage • -各向同性刻蚀 • -CD难控制 • -刻蚀度（过刻）不易控制 • -不能应用于小尺寸 • -操作困难及危险 • -环境污染
生产线上的主要用途
• 金属刻蚀 （Al,W,Ti,TiN,Pt,…） • -工艺: WL, BL, Cap, MLM: Al, W, Pt, Ru, Ta, etc • -使用气体 : Cl2, BCl3, CCl4, etc
• 介质刻蚀（SiO2, Si3N4,PSG,BPSG,SiON… ） • -工艺: ISO, Contact (Poly C/T, Metal C/T, Via), Spacer ，
一、刻蚀的目的及作用
• 刻蚀是用物理或化学的方法有选择地从硅片表面去除 不需要的材料的过程；一般分为两种：湿法刻蚀、干 法刻蚀。
• 刻蚀的基本作用是准确地复制掩膜图形，以保证生产
线中各种工艺正常进行。
二、刻蚀过程与原理
湿法腐蚀
（WET ETCHING)
• 湿法腐蚀原理 • 常见设备工作图 • 主要试剂及用途 • 优点及缺点 • 生产线应用 • 工艺主要控制参数
1.化学刻蚀 Chemical
• 气体被离子化，形成等离子体。 • 等离子体中的活性基团与基板物质反应，生成挥发性
物质被抽走。