湿法刻蚀ppt课件
IC制造虚拟课件：刻蚀技术概述与湿法刻蚀
学习目标
熟悉刻蚀工艺作用 熟悉湿法刻蚀技术方法、原理
概述
• 光刻之后的第二次图形转移 • 有选择的去除一层材料中部分区域的工艺
• 干法刻蚀或湿法刻蚀 • 金属、介质、硅 • 有图形刻蚀、无图形剥离反刻
刻蚀参数
刻蚀速率：单位时 间内刻蚀的材料厚 度
刻蚀速率与表面积 成正比
刻蚀参数
生成溶于水的副产物。 优点∶简单、方便，成本低，选择性高。 缺点∶环境污染，横向腐蚀较大，小线条误
差大，有底膜区难腐蚀
自动刻蚀槽
刻蚀方法——湿法刻蚀
浸没腐蚀 主Βιβλιοθήκη 用于漂洗氧化硅、硼磷硅玻璃、表面剥
离等
THANKS
刻蚀剖面，刻蚀方向性导致不同剖面
刻蚀参数
选择比，不同材料刻蚀速率比
刻蚀参数
均匀性，要求刻蚀工艺中，不同图形，以及 不同图形密度的硅片上，刻蚀速率保持一致
理想的刻蚀工艺必须具有以下特点
×
各向异性刻蚀
√ 加工批量大，控制容易，成本低，对环境污 染少，适用于工业生产。
刻蚀方法——湿法刻蚀
用化学溶液腐蚀未被保护的膜
9.2 刻蚀技术-湿法刻蚀
9刻蚀技术—湿法刻蚀19.2 湿法刻蚀湿法腐蚀是化学腐蚀，晶片放在腐蚀液中（或喷淋），通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。
湿法刻蚀大概可分为三个步骤：①反应物质扩散到被刻蚀薄膜的表面②反应物与被刻蚀薄膜反应③反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液排出。
湿法腐蚀特点湿法腐蚀工艺简单，无需复杂设备保真度差，腐蚀为各向同性，A=0，图形分辨率低 选择比高均匀性好清洁性较差湿法刻蚀参数参数说明控制难度浓度溶液浓度，溶液各成份的比例最难控制，因为槽内的溶液的浓度会随着反应的进行而变化时间硅片浸在湿法化学刻蚀槽中的时间相对容易温度湿法化学刻蚀槽的温度相对容易搅动溶液的搅动适当控制有一定难度批数为了减少颗粒并确保适当的浓度强度，相对容易一定批次后必须更换溶液9.2.1 硅的湿法腐蚀各向同性腐蚀Si+HNO3+6HF → H2SiF6+HNO2+H2O+H2硅的各向异性腐蚀技术 各向异性(Anisotropy)腐蚀液通常对单晶硅(111)面的腐蚀速率与(100)面的腐蚀速率之比很大（1：400）； 各向异性腐蚀Si+2KOH+H2O →K2SiO3+H2O各向异性腐蚀液腐蚀液：无机腐蚀液：KOH, NaOH, LiOH, NHOH等；4有机腐蚀液：EPW、TMAH和联胺等。
常用体硅腐蚀液：氢氧化钾(KOH)系列溶液；EPW(E：乙二胺，P：邻苯二酚，W：水)系列溶液。
硅以及硅化合物的典型腐蚀速率9.2.2 二氧化硅的湿法腐蚀262262SiO HF SiF H O H +→++HFNH F NH +↔34影响刻蚀质量的因素主要有：①黏附性光刻胶与SiO 2表面黏附良好，是保证刻蚀质量的重要条件②二氧化硅的性质③二氧化硅中的杂质④刻蚀温度⑤刻蚀时间9.2.3氮化硅的湿法腐蚀•加热180℃的H 3PO 4溶液或沸腾HF 刻蚀Si 3N 4•刻蚀速率与Si 3N 4的生长方式有关9.2.4 铝的湿法腐蚀3 23222Al 6HNO Al O 3H O 6NO +→++233442Al O 2H PO 2AlPO 3H O+→+9.2.5 铬的湿法腐蚀1、酸性硫酸高铈刻蚀4224324326()3()()Cr Ce SO Ce SO Cr SO +→+2、碱性高锰酸钾刻蚀42424226283324KMnO Cr NaOH K MnO Na MnO NaCrO H O++→+++3、酸性锌接触刻蚀()2424232Cr 3H SO Cr SO 3H +→+↑42242442424()CeOSO +H SO CeOSO 3Ce()SO Ce SO H O H O OH H +→+→↓+硫酸高铈易水解9.2.6 湿法刻蚀设备湿法刻蚀工艺的设备主要由刻蚀槽、水洗糟和干燥槽构成。
第六讲 湿法腐蚀
ISE Applications
Creating structures with round surfaces Thinning/Removing silicon wafers
IC’s Si substrate Etch Si using HNA and a nitride mask
Si
Isotropically-Etched Diaphragm
Dielectric Etch Stop
Silicon-On-Insulator (SOI) wafers are becoming and abundant because of their use in IC manufacturing.1 The Si on the insulator (which is usually a silicon dioxide) can be either single-crystal, or polycrystalline The silicon oxide acts as an excellent etch stop because it does not etch appreciably in etchant like KOH or EDP. The thickness of the silicon on top of the insulator can be controlled very accurately with better than 5% uniformity. SOI wafers are typically much more expensive than standard Si wafers.
电钝化
相关参数的影响：晶向、掺杂浓度、温度、腐蚀液配比 光照的影响：产生电子空穴对 N型：Vpp降低，Vocp不变； P型： Vpp降低，Vocp向正方向飘移 尽量避免光照
《湿刻工艺培训》PPT课件
RENA更换化学品注意事项：
1. 在腐蚀性的化学制品工作中需要必备的防护用具，建议使 用 抗腐蚀性的面罩、防酸碱服，防酸碱鞋，防酸碱手 套和护目镜。 此外，为应付意外事故,确保配备紧急冲洗 设备对受侵蚀身体部位进行冲洗；冲洗时间必须超过15分 钟，后就医。 2. 决不能单独在机器内工作； 3. 设备在工作过程中，由于内部蒸汽含有特别危险的碱 和酸化学品，请不要打开/除去盖板； 4. 更换化学供应桶时必须穿戴规定的防护用具，包括头 罩，呼吸防护半面罩防护服，防酸碱鞋，防酸碱手套；操 作人员更要熟悉各化学品的安全技术说明书（MSDS）。
一：刻蚀的目的
刻蚀的目的：去除硅片边缘（或边缘加背面）的 扩散层，防止电池正面和背面短路。
刻蚀前 刻蚀后
- - - - - - - 硅片
+ + + + + + + + +
- - - - - - - 硅片
+ + + + + + + + +
+
第一步，硅被硝酸氧化 1，慢反应 Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O 2，快反应 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O 4HNO3+NO+H2O=6HNO2
第二步：二氧化硅被氢氟酸溶解 SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2SiF6 总反应 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O
刻蚀培训ppt课件
SiO2+6HFH2SiF6+2H2O
HF/HNO3体系腐蚀机理
大致的腐蚀机制是HNO3 (一种氧化剂)腐蚀， 在硅片表面形成了一层SiO2，然后这层SiO2在HF 酸的作用下去除。
• 在低HNO3及高HF浓度区，生成SiO2的能力弱而去除SiO2的能力强， 反应过程受HNO3氧化反应控制，所以腐蚀曲线平行于等HNO3浓度 线。 在低HF高HNO3浓度区，生成SiO2的能力强而去除SiO2的能力弱， 反应过程受HF反应控制，所以腐蚀线平行于HF浓度线。
简单设备结构与工艺说明图示
HF/HNO3体系腐蚀机理
硅在HON3+HF溶液中的腐蚀速率大，而在纯 HNO3或纯HF溶液中的腐蚀速率很小。
1. 在低HNO3及高HF浓度区（图右角区） 等腐蚀曲线平行于等HNO3浓度线 。
2. 在低HF高HNO3浓度区（图左下角区） 等腐蚀线平行于HF浓度线。
图：硅在70%（重量）HNO3+49%（重量）HF混合液中 的腐蚀速率与成分的关系
4
等离子体的应用
5
等离子体的产生
6
等离子体刻蚀原理
• 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子， 如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻 蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。 • 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
7
等离子体刻蚀反应
8
• 首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团 或离子。
e
CF CF , CF , CF, F, C 以及 它们的离
4 3 2
• 其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表 面上发生化学反应。
9.2-刻蚀技术-湿法刻蚀
9刻蚀技术—湿法刻蚀19.2 湿法刻蚀湿法腐蚀是化学腐蚀，晶片放在腐蚀液中（或喷淋），通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。
湿法刻蚀大概可分为三个步骤：①反应物质扩散到被刻蚀薄膜的表面②反应物与被刻蚀薄膜反应③反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液排出。
湿法腐蚀特点湿法腐蚀工艺简单，无需复杂设备保真度差，腐蚀为各向同性，A=0，图形分辨率低 选择比高均匀性好清洁性较差湿法刻蚀参数参数说明控制难度浓度溶液浓度，溶液各成份的比例最难控制，因为槽内的溶液的浓度会随着反应的进行而变化时间硅片浸在湿法化学刻蚀槽中的时间相对容易温度湿法化学刻蚀槽的温度相对容易搅动溶液的搅动适当控制有一定难度相对容易批数为了减少颗粒并确保适当的浓度强度，一定批次后必须更换溶液9.2.1 硅的湿法腐蚀各向同性腐蚀Si+HNO3+6HF → H2SiF6+HNO2+H2O+H2硅的各向异性腐蚀技术 各向异性(Anisotropy)腐蚀液通常对单晶硅(111)面的腐蚀速率与(100)面的腐蚀速率之比很大（1：400）； 各向异性腐蚀Si+2KOH+H2O →K2SiO3+H2O各向异性腐蚀液腐蚀液：无机腐蚀液：KOH, NaOH, LiOH, NHOH等；4有机腐蚀液：EPW、TMAH和联胺等。
常用体硅腐蚀液：氢氧化钾(KOH)系列溶液；EPW(E：乙二胺，P：邻苯二酚，W：水)系列溶液。
硅以及硅化合物的典型腐蚀速率9.2.2 二氧化硅的湿法腐蚀262262SiO HF SiF H O H +→++HFNH F NH +↔34影响刻蚀质量的因素主要有：①黏附性光刻胶与SiO 2表面黏附良好，是保证刻蚀质量的重要条件②二氧化硅的性质③二氧化硅中的杂质④刻蚀温度⑤刻蚀时间9.2.3 氮化硅的湿法腐蚀•加热180℃的H 3PO 4溶液或沸腾HF 刻蚀Si 3N 4•刻蚀速率与Si 3N 4的生长方式有关9.2.4 铝的湿法腐蚀3 23222Al 6HNO Al O 3H O 6NO +→++233442Al O 2H PO 2AlPO 3H O+→+9.2.5 铬的湿法腐蚀1、酸性硫酸高铈刻蚀4224324326()3()()Cr Ce SO Ce SO Cr SO +→+2、碱性高锰酸钾刻蚀42424226283324KMnO Cr NaOH K MnO Na MnO NaCrO H O++→+++3、酸性锌接触刻蚀()2424232Cr 3H SO Cr SO 3H +→+↑42242442424()CeOSO +H SO CeOSO 3Ce()SO Ce SO H O H O OH H +→+→↓+硫酸高铈易水解9.2.6 湿法刻蚀设备湿法刻蚀工艺的设备主要由刻蚀槽、水洗糟和干燥槽构成。
3湿法刻蚀.ppt
反应方程式如下：
S i 4 H N O S i O 4 N O 2 4 F S i F 2 H O 2 4 2
S i F 2 H FH 2 S i F 4 6
工艺流程： 上料→,,混合酸液腐蚀→风刀1→DI水冲洗→KOH腐 蚀→风刀2→DI水冲洗→腐蚀→风刀3→DI水冲洗→ 压缩空气风干→下料 工艺条件： 去离子水压力为4、压缩空气压力为6 环境温度：25±3℃ 相对湿度：40%～60% ，无凝露 腐蚀槽温度：6-9℃ 槽温度：18℃左右
工艺准备： 1、工装工具准备： 备齐用于工艺生产的PVC手套、口罩、防护眼罩、防 护面罩、防护套袖、防护服、防酸碱手套、防酸碱胶 鞋等。 2、设备准备： 确认设备能正常运行,DI水、压缩空气等压力及流量 正常。确认设定的刻蚀工艺，碱洗工艺和HF腐蚀工 艺名称及参数。 3、工艺洁净管理：穿好净化服，戴口罩，操作时戴 洁净PVC手套。 4、原材料准备： 观察外观是否正常。常见的不合格片包括含缺角、裂 纹、手印、孔洞的硅片等。
工艺原理： Rena Inoxide刻蚀工艺主要包括三部分： 硫酸、硝酸、氢氟酸 氢氧化钾 氢氟酸 本工艺过程中，硝酸将硅片背面和边缘氧化，形成二 氧化硅，氢氟酸与二氧化硅反应生成络合物六氟硅酸， 从而达到刻蚀的目的。 刻蚀之后经过KOH溶液去除硅片表面的多孔硅，并将 从刻蚀槽中携带的未冲洗干净的酸除去。 最后利用HF酸将硅片正面的磷硅玻璃去除。并用DI水 冲洗硅片，最后用压缩空气将硅片表面吹干。
主要控制点：
1、腐蚀深度控制在1.2±0.2之间 2、刻蚀宽度D≤1，每片测量四点，测量点在 每边的中间点，20点（5道）或32点（ 8道） 的平均值。 3、绝缘电阻≥1。 以上三个参数在正常生产时至少每隔1小时测 量一次。当更换药液和停产一段时间再生产时 及参数不正常时，要求增加测量次数。
刻蚀工艺介绍ppt
2023
刻蚀工艺介绍ppt
contents
目录
刻蚀工艺简介刻蚀工艺分类刻蚀工艺流程刻蚀工艺参数优化刻蚀设备及厂商刻蚀工艺发展方向
刻蚀工艺简介
01
刻蚀工艺是指利用化学或物理方法有选择性地去除材料表面上的部分物质，以达到制备特定形状和尺寸的目的。
刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法刻蚀两种，其中干法刻蚀主要利用等离子体或激光等高能粒子进行表面处理，而湿法刻蚀则主要利用化学试剂对材料表面进行腐蚀。
设备名称
溅射刻蚀机（Sputtering Etcher）
设备名称
等离子刻蚀机（Plasma Etcher）
功能描述
溅射刻蚀机利用高能粒子撞击靶材表面，使靶材表面的粒子撞击待刻蚀材料表面，从而实现刻蚀。
主要设备及功能描述
各厂商设备特点比较
厂商A
设备稳定性好，售后服务有保障，但价格较高。
厂商B
设备性价比高，但技术支持能力较弱。
03
利用氢氧化钠对硅、二氧化硅等材料进行刻蚀。氢氧化钠具有强碱性，能够与硅、二氧化硅等材料发生化学反应，将目标材料去除。
利用化学溶液对材料进行刻蚀。在湿法刻蚀过程中，目标材料与化学溶液发生化学反应，将目标材料去除。
湿法刻蚀
利用等离子体、激光或其他光源对材料进行刻蚀。在干法刻蚀过程中，中性粒子或离子与目标材料发生碰撞，通过物理作用将目标材料去除。
控制曝光能量
曝光
选择合适的显影液
选择合适的显影液，以将曝光后的光刻胶溶解去除，从而形成所需的图案。
控制显影时间和温度
控制显影液的使用时间和温度，以避免显影过度或不足，影响刻蚀的质量和精度。
显影
去除未曝光的光刻胶
通过化学试剂或物理方法将未曝光的光刻胶去除，以暴露出硅片表面需要刻蚀的区域。
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刻蚀溶液为硝酸（HNO3）与氢氟酸（HF）和水（或醋酸）
的混合溶液。 反应方程式：Si+ HNO3+6HF H2SiF6易溶于水。 醋酸有啥作用呢？ H2SiF6+HNO2+H2O+H2 加入醋酸可以抑制
硝酸的分解，使硝 酸的浓度维持在较 高的水平
刻蚀溶液为硝酸（HNO3）与氢氟酸（HF）混合溶液，当 硝酸的浓度较低时，这时有足够的HF来溶解SiO2，反应
●刻蚀溶液的浓度 ●刻蚀时间 ●反应温度 ●搅拌方式
刻蚀溶液的浓度越高、反应温度越高，薄膜的刻蚀速率就
越快。反应过程是一个放热、放气的反应。反应放热，造
成局部的温度升高，使反应速率增快；反应放气，产生气 泡，可以隔绝局部的薄膜和刻蚀溶液，使反应停止。 如何解决： ？？
搅拌，超声
大多数先采用强氧化剂对硅（Si）进行氧化，用氢氟酸 （HF）与二氧化硅反应去掉二氧化硅（SiO2）。常用的
通过缓冲氧化物刻蚀BOE（buffered 率
oxide etche）溶液可以控制反应速 怎样来控制反应速率呢？
BOE成分：HF:NH4F:H2O 其中,HF为45%的浓氢氟酸
NH4F在反应中作为缓冲剂，氟化铵通过分解反应产生HF，
从而维持了HF的恒定的浓度。 NH4F NH3+HF
●加热温度35-60摄，这里刻蚀就在（111）面
停止了，（111）面的轮廓即为刻
蚀轮廓。（仅作参考）
HF可以在室温下与SiO2快速反应，而不会刻蚀Si或多晶硅。 反应方程式：
SiO2+6HF
SiF6+H2O+H2
饱和浓度的HF在室温下的刻蚀率300A/S，这个速率对于 要求控制的工艺来说太快了（3000A的薄膜，10S搞定）
在金刚石结构的Si中，（111）面比
（100）面排得更密，（111）面的
刻蚀速率更小。
●采用SiO2作为掩蔽层，可以
刻蚀出V型槽。
●当刻蚀的速率快，时间短， 就可以得到U型槽
• 底部和边缘 • 腐蚀窗口宽度w和腐蚀深 度d满足关系：
w d tan 54.7 2
（111）
（110）
SiO2
Si
●通过硝酸将Al氧化成AL2O3 ●磷酸将AL2O3反应溶解掉 反应方程式： 2Al+6HNO3 AL2O3+3H2O+6NO2
AL2O3+2H3PO4
应速度
2ALPO4+3H2O
●醋酸可以使硝酸的氧化过程变慢，这样可以控制反 ●常见的反应速率：100-300nm/min
●优点
工艺设备简单、成本低、具有良好的刻 蚀选择比 ●缺点 各项异性刻蚀
湿法刻蚀
刻蚀剂槽
甩，烘干
超纯水冲 洗
●定特征尺寸大于3 m ●各向异性刻蚀
●反应物扩散到被刻蚀薄膜的表面 ●反应物与被刻蚀薄膜反应 ●反应物的产物从刻蚀表面扩散到溶液 反应产物：气体， 或者能溶于腐蚀剂 中 的物质 一般第二步的过程最慢，该步骤决定了 刻蚀速率
●用氧化剂将刻蚀材料氧化成氧化物 ●用另一种溶液将形成的氧化物溶解掉
速率有硝酸（HNO3）来决定；当HF的浓度较低时，Si的
反应速率取决于HF的浓度。 一句话：速率取决于浓度较低者
硅属于两性氧化物，即可以和酸反应，又可以和碱反应， 用含KOH的溶液来对硅进行刻蚀，可以用KOH溶液和异
丙醇（IPA）相混合来进行。Si（100）面的刻蚀速率比Si
（111）面快得多
？。在微机械中用得比较多！