Wet Etch设备及工艺介绍[研究材料]
WET培训-WET
WET team 2010年10月5日
Summary
TFT简易流程 湿刻设备构成 刻蚀方式 搬送线类型 刻蚀反应原理 药液浓度控制 Taper角 CD loss 刻蚀后的关联检测
TFT 简易流程
清洗 成膜 PR coating 显影 成膜顺序 Gate A1WET300
图1
图2
草酸（英文学名：Oxalic acid）
也称乙二酸，是一种强有机酸，化学式为HOOCCOOH。常见的草酸通常含有两分子的结晶水 （H2C2O4· 2H2O）。 乙二酸是一种无水透明晶体或粉末，味酸，易溶于水， 微溶于乙醚，不容于苯。草酸溶液并不会腐蚀玻璃 (SiO2)，但是一些纯度不高的玻璃，因为含有铁、钠 等金属离子，这些金属离子可以与草酸结合而溶出，导 致玻璃的透明度差，毛玻璃就是利用这样的原理，但是 实际上草酸是溶出玻璃中的金属杂质，而非腐蚀玻璃。
药液浓度控制
从上述反应过程可以看出，刻蚀反应主要是依靠硝酸和醋酸。 因此需要EMS对药液进行浓度控制。 控制方式是通过补充醋酸和硝酸的消耗来维持药液浓度的平衡。 当浓度偏差太大时会影响蚀刻的效果，出现残留等defect.
不做浓度控制是各酸的浓度变化
浓度的变化对制品的影响
刻蚀速率对HNO3的浓度比较敏感，所以需要精确控制。 如图1所示：HNO3↑ H3PO4↓ 的情况 如图2所示：HNO3↓ H3PO4↑ 的情况 CH3COOH达到一定浓度后，对Etch rate影响不大。 附：PR拈附性不良也会造成图1的情况
ACT
S/D A1WET200
WET Etch
Pass
ITO A1WET100
Stripper
TEST
ETCH 蚀刻
ETCH 蚀刻在集成电路的制程中，常需要将整个电路图案定义出来，其制造程序通常是先长出或盖上一层所需要之薄膜，再利用微影技术在这层薄膜上，以光阻定义出所欲制造之电路图案，再利用化学或物理方式将不需要之部分去除，此种去除步骤便称为蚀刻（ETCH）一般蚀刻可分为湿性蚀刻（WET ETCH）及干性蚀刻（DRY ETCH）两种。
所谓干性蚀刻乃是利用化学品（通常是盐酸）与所欲蚀刻之薄膜起化学反应，产生气体或可溶性生成物，达到图案定义之目的。
而所谓干蚀刻，则是利用干蚀刻机台产生电浆，将所欲蚀刻之薄膜反映产生气体由PUMP抽走，达到图案定义之目的。
ISOTROPIC ETCHING 等向性蚀刻在蚀刻反应中，除了纵向反应发生外，横向反应亦同时发生，此总蚀刻即称之为等向性蚀刻。
一般化学湿蚀刻多发生此种现象。
干式蚀刻，其实刻后的横截面具有异向性蚀刻特性（Anisotropic），即可得到较陡的图形。
PLASMA ETCHING 电浆蚀刻1.定义：在干蚀刻技术中，一班多采用电浆蚀刻与活性离子蚀刻，通常电浆蚀刻使用较高之压力（大于200mT）及较小之RF功率，当芯片浸在电浆之中，暴露在电将之表面层原子或分子与电浆中之活性原子接触并发生反应形成气态生成物而离开晶面造成蚀刻，此类蚀刻即称之为电浆蚀刻。
所谓电浆极为气体分子在一电场中被游离成离子（正、负电荷）、电子及中性基（Radical）等，在纯化学反应中，吾人取中性基为蚀刻因子，在R.I.E时，取活性离子作为中性因子。
REACTIVE ION ETCHING（R.I.E.）活性离子蚀刻1. 定义：在电浆蚀刻时，电浆里包含了活性原子、活性离子（正离子）及电子，当压力较低（小于100mT）且气体两端所加之电压够高时，活性离子即被迅速加速冲向电极上之芯片，而撞击晶面上暴露在电浆中的表层，将表层之原子击出，再与活性原子反应因而造成蚀刻，此类之蚀刻即称之为活性离子蚀刻。
目前我们已有的R.I.E蚀刻机台为8110、8130、8330等。
Wet Etch设备及工艺介绍
4. 选择比 同一Layer不同金属膜层间刻蚀速率差异，Profile控制关键。 Wet Etch不对此进行管控
5. CD Bias
CD Bias指Photo工艺后的线宽DICD与最终形成的Pattern线宽FICD的差值。 CD Bias是Wet Etch重点管控工艺参数
Wet Etch设备及工艺介绍
Array 2016年8月12日
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课程内容介绍
Wet Etch科业务介绍 Wet Etch工艺介绍 Wet Etch设备介绍
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课程内容介绍
Wet Etch科业务介绍 Wet Etch工艺介绍 Wet Etch设备介绍
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1. Wet Etch业务介绍-主工艺
UV Light Photo Mask
Photo Resist
Thin Film
Glass
Exposure
Photo Resist (PR)
PR coating
Thin Film 镀膜(Sputter/PECVD)
Develop
Array工艺流程图
Glass IInnitial Clleeaann
Next Layer
Out CV AK
Plate Flow
Plate Flow
Rinse
Rinse
Rinse
Anneal
Index
传送单元
剥离
水洗
Index
Cooling Buffer
Anneal
干燥
26
3. Wet Etch设备介绍-Initial Cleaner
Initial Cleaner结构
Feeder C/V
WET工艺介绍
- SC1 based cleaning
Chemicals Involved
Wet bench
Pre-diffusion clean - RCA clean
➢ Purpose of Pre-clean is to remove the last unwanted oxide layer and prepare surface free of metallic contaminants and good PC for next oxidation.
WET工艺介绍
Purpose of Wet Cleaning Process
▪ Through to a series of processes to make the wafers free from particles, organic contaminations, metal contamination, surface microroughness and native oxide using some kinds of chemicals including DIW.
[工艺]ETCHprocess的大师级讲解
![[工艺]ETCHprocess的大师级讲解](https://img.taocdn.com/s3/m/330e8ed8846a561252d380eb6294dd88d0d23d0b.png)
[工艺]ETCHprocess的大师级讲解编者注: Etch是PIE不得不好好学习的课程，玄机太多了。
我曾经花太多时间研究这玩意，结果连皮毛都碰不上，每次跟人家讨论还是云里雾里~~~感谢Joph Chen，曾经的ETCH专家。
如果把黄光比作是拍照，那他就是完成了底片的功能，还需要蚀刻来帮忙把底片的图像转移到Wafer上。
蚀刻通常分为Wet Etch(湿蚀刻)和Dry Etch (干蚀刻)，湿蚀刻主要各向同性蚀刻(Isotropic)，所以profile是横向等于纵向，但是througput比较快，选择比高，而且陈本低。
我们在8寸制程的湿蚀刻都是用来做strip，只有dual gate etch 或者Silicide前面的RPO的Dry+Wet。
这两个都是尺寸比较大，而且不能直接用plasma轰击Si。
而干蚀刻主要用plasma离化反应气体(RIE: Reactived Ionized Etch)，与被蚀刻物质反应成气态副产物被抽走(反应副产物一定的是气体，所以Cu制程无法用蚀刻。
)，主要用来吃小pattern的，因为他的各向异性(Anisotropic)优点，但是他的制程复杂，tune recipe factor非常困难，价格昂贵。
需要澄清一点，干蚀刻的anisotropic的各项异性，不是指他吃的时候侧边就不会吃，是因为process会产生一种叫做polymer的物质，保护在侧壁使得侧边不会被吃掉。
polymer的形成主要靠F-C比（氟-碳比)，来控制polymer多少来进一步控制profile （F-base的比例比C-base的比例多还是少？）蚀刻制程必须了解plasma，啥是plasma？说白了就是一群被充电了的准中性气体（类似闪电），其实就是一锅等离子汤(电浆)。
在这锅汤里有电子(elctrons)的雪崩碰撞(Avalanche)用于产生和维持等离子体汤，碰撞产生的离子Ions在电场的作用下撞击(bombardment)晶园表面也达到物理蚀刻的目的，如Ar+ e -->Ar* or Ar+ 和两个电子，而另一部分被离化的ions可以作为化学反应气体，与被蚀刻物质发生化学反应产生气态副产物达到化学蚀刻的目的(如CF4+e-->CFx[+] + Fx[-] + e, F[-]+Si-->SiFx(g) )。
Wetetching湿法腐蚀技术
秦明
搀杂腐蚀自停止层-2
微机械加工技术
秦明
搀杂腐蚀自停止层-3
微机械加工技术
秦明
– 在水中正常溶解：HNO3HNO3- +H+ – 自催化以形成压硝酸和空穴
HNO2+HNO3N2O4+H2O N2O4+HNO22NO2-+2h+ 2NO2-+2h+2HNO2 – 腐蚀剂必须到表面才能和膜反应或腐蚀 – 运动到表面的方式将影响到选择比, 过刻, 和均匀性
• NO2是硅的有效氧化剂
• EDP腐蚀会产生Si(OH)4的淀积，在Al压焊点上 产生Al(OH)3
• Moser的腐蚀后处理：
– 20 sec, DI water rinse – 120 sec. Dip in 5% (抗坏血酸)ascorbic acid and
H2O – 120 sec, rinse in DI water – 60 sec. Dip in (己烷)hexane, C6H14
微机械加工技术
秦明
电化学腐蚀效应-2
• HF通常腐蚀SiO2, 不腐蚀Si • 通过正向偏置硅，空穴可以通过外部电路注入以氧化硅，
进而被HF溶解 • 可以用Si3N4做掩膜，是抛光腐蚀 • 如果采用浓HF（48%HF）腐蚀，硅在腐蚀过程中不会完全
氧化，最终形成棕色的多空硅
微机械加工技术
秦明
电化学腐蚀效应-3
• 用“开”掩膜版留下硅区
• 采用适当的TMAH腐蚀液，使暴露 的铝不被腐蚀
• N阱偏置电压大于PP，使N阱不被 腐蚀
微机械加工技术
秦明
硅各向同性腐蚀
• 腐蚀过程包括： - 反应物到表面的输运 - 表面反应 - 反应产物从表面的移走
DryEtch工艺及设备介绍
• Dry Strip 反应气体(SF6/NF3) ：
SF6/NF3
CxHy (PR胶) + O2 -----> COx↑ + H2O↑
Active GI
Active GI
1.2 Dry Etch 工艺介绍
2.5 温控系统
Chiller (Heater Exchanger)
Pt Sensor (热电偶)：温度测量
Chiller Chiller Hose Connector
2.5 温控系统
TC & BC：
Plasma Connection
Glass
---------
+++++++ --------
+++++++
• Ashing 反应气体(SF6/NF3) ：
SF6/NF3
CxHy (PR胶) + O2 -----> COx↑ + H2O↑
Active GI
Active GI
1.2 Dry Etch 工艺介绍
• N+ Etch & Dry Strip
N+ Etch：针对TFT Channel 区域a-Si进行反应，生产挥发性气体的过程。 Dry Strip：针对N+ Etch后Glass表面PR胶进行反应，生成挥发性气体的过程。
• Ash/Act or Act/Ash
Active Etch：针对Pixel 区域a-Si进行反应，生产挥发性气体的过程。 Ashing：针对TFT Channel区域PR胶进行反应，生成挥发性气体的过程。
WETX蚀刻工艺简介
• Shower Swing for uniformity • Substrate Oscillation for uniformity • CK for Pre-wetting
swing
Etching Chamber
NEU
PR
PR
Film Glass
Chemical Knife
Shower Swing& Substrate Oscillation
Develop
Etch
Wet Etch
PR Strip Inspection
SPUTTER
Ar+
Al
Al Al
DC
Al
Al Al
Ar+
TARGET
SUBSTRATE
Dry Etch
Gas
RF
PLASMA FO Si Si
SiF4
• Cleaning：素玻璃镀膜前，去除表面有机物与Particle等污染。 • WETX：湿蚀刻，移除未被光阻保护的薄膜部分，将pattern移转至玻璃。 • PR Strip：将光阻剥离洗除。
Passivation
Pixel Electrode
WET
Dry
Deposition & Patterning Process in Detail
WET
DRY
WET
Cleaning
Deposition PR Coating Exposure
PECVD
RF
HHSiHH
H
NH
H
H H
H
Si N Si NSi N
Sn4+ + 2H2O Sn(C2O4)2 + 2H2
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Cu Wet Etcher
Cu Etchant
Cu、Cu/MoNb
H2O2+Additive
ITO Wet Etcher ITO Etchant
ITO、IGZO
HNO3+H2SO4+H2O+Additive 或 H2SO4+H2O+Additive
主要依据：Etchant腐蚀性(Part选择)、粘度(供给Pump能力)、喷淋方式(Nozzle)
PR Film
Wet Etcher与Dry Etcher差异：
Wet Etcher：对应金属及金属氧化物膜 如Mo/Al/Mo、Al/Mo、Cu、Cu/Mox、Mo、ITO、IGZO、IZO等
Dry Etcher：对应非金属膜及少数特种金属 a-Si、SiNx、SiO2等非金属膜、Mo金属膜
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2. Wet Etch工艺介绍-Wet Etcher
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2. Wet Etch工艺介绍-Wet Etcher
Wet Etcher说明
利用酸性刻蚀液(Etchant)去除没有PR胶保护的膜层。 主要适用于Al、Cu金属及合金膜层或ITO、IGZO等金属氧化物的刻蚀。 针对不同金属或金属氧化物，需要使用不同的刻蚀液。刻蚀特性为各向同性。
PR Film
PR Glass
Etch Rate
CD Bias
Requirement Items
Uniformity
Profile
Selectivity
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2. Wet Etch工艺介绍-Wet Etcher
Wet Etch表征参数
1. 刻蚀率(Etch Rate) 即刻蚀速度，指单位时间内刻蚀膜层的速度。 单位：Å/Min。（1nm=10Å） 工艺参数不变时，E/R越大越好
Part：有Al、Cu、ITO兼容对应Part Pump：Al Etchant粘度高，Pump配置高；Cu、ITO Etchant相近，粘度低 Nozzle：高低粘度Nozzle型号不同
基于工艺需求及成本控制，选择最适合配置方式
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2. Wet Etch工艺介绍-Wet Etcher
Wet Etch原理
Wet Etcher分类
依据使用的Etchant(刻蚀液)种类，划分三种Wet Etcher： Al Wet Etcher、Cu Wet Etcher、ITO Wet Etcher
设备种类
刻蚀液
主要适用Metal
主要成分
Al Wet Etcher
Al Etchant
Mo/Al/Mo
HNO3+CH3COOH+H3PO4+Additive
We are：设备与工艺工程师
设备 稳定运行确保
(日常PM、运营监控、Part管理等)
工艺 工艺优化
(不良改善、工艺改进、成本降低等)
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Wet Etch科业务介绍 Wet Etch工艺介绍 Wet Etch设备介绍
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Wet Etch工艺介绍
➢ Wet Etcher说明/分类/原理/表征参数 ➢ Wet Stripper原理 ➢ Initial Cleaner原理/表征
Wet Etch表征参数
3. Profile 一般指刻蚀后的膜层断面角度，最优为50~55°，为Wet Etch重点管控参数。 以Mo/Al/Mo为例：
OK
NG
NG
Linearity差
NG
NG
Linearity差
NG
轻微Mo Tip
Profile高 74°
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Top Shrinkage
2. Wet Etch工艺介绍-Wet Etcher
2. 均一性(Uniformity Rate) 体现刻蚀过程中刻蚀量或者刻蚀完成后的剩余量的差异性。 均一性，越小越好，为Wet Etch重点管控参数。
பைடு நூலகம்
(Max-Min) Uniformity =
(Max + Min) or 2×Average
× 100%
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2. Wet Etch工艺介绍-Wet Etcher
Al刻蚀液： 主要成分为HNO3+CH3COOH+H3PO4+Additive 其中HNO3为氧化剂，CH3COOH为缓冲剂，H3PO4用于溶解Al2O3 2Al + 2HNO3 = Al2O3 + 2NO + H2O Al2O3 + 2H3PO4 = 2AlPO4 + 3H2O
Cu刻蚀液：主要成分为H2O2+Additive 其中双氧水为主反应剂，Cu + H2O2 + 2H+ Cu2+ + 2H2O Additive：螯合剂、抑制剂、抗腐蚀剂等
UV Light Photo Mask
Photo Resist
Thin Film
Glass
Exposure
Photo Resist (PR)
PR coating
Thin Film 镀膜(Sputter/PECVD)
Develop
Array工艺流程图
Glass IInnitial Clleeaann
Next Layer
ITO刻蚀液： 主要成分为HNO3+H2SO4+H2O+Additive In2O3+6HNO32In3++6(NO3)-+3H2O In2O3+6H2SO44In3++6(SO4)-+6H2O Additive为金属腐蚀抑制剂
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2. Wet Etch工艺介绍-Wet Etcher
Wet Etch表征参数
Wet Etch表征参数
4. 选择比 同一Layer不同金属膜层间刻蚀速率差异，Profile控制关键。 Wet Etch不对此进行管控
5. CD Bias
CD Bias指Photo工艺后的线宽DICD与最终形成的Pattern线宽FICD的差值。 CD Bias是Wet Etch重点管控工艺参数
Wet Etch设备及工艺介绍
Array 2016年8月12日
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课程内容介绍
Wet Etch科业务介绍 Wet Etch工艺介绍 Wet Etch设备介绍
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课程内容介绍
Wet Etch科业务介绍 Wet Etch工艺介绍 Wet Etch设备介绍
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1. Wet Etch业务介绍-主工艺
Etch(DE/WE)
WeSttrSiptrip
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AT&AR
1. Wet Etch业务介绍-担当设备
Wet Etcher EMS
Wet Etch
Wet Stripper RMS
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Initial Cleaner CST Cleaner
Robot Cassette AP Plasma
1. Wet Etch业务介绍-岗位职责