光刻湿法刻蚀研究教程文件

❖ 现在用于：
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漂去氧化膜
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去除残留物
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无图形薄膜的去除
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大尺寸图形刻蚀
二氧化硅的湿法刻蚀
❖ HF酸溶液（极高的选择比）
❖ 化学反应:SiO2 + 6HF → H2SiF6(氟硅酸) + 2H2O
❖ 氢氟酸对二氧化硅的蚀刻速率相当高，在制程上很难控 制，因此在实际应用上都是使用稀释后的氢氟酸溶液， 或是添加氟化铵作为缓冲剂的混合液，来进行二氧化硅 的蚀刻
❖ 药液配比： H2SO4（浓）：H2O2=10：1（体积比）120℃ （+-10℃）
❖ H2SO4/H2O2去胶工艺不适用于AL后去胶
氧化去胶工艺-SC1工艺
❖ 药液配比：
❖ NH4OH：H2O2：H2O≈1：1：5或1：2：10（体积比）
❖ 去胶原理：SC-1液中的H2O2具有很强的氧化性，可以把 有机物和无机物等杂质氧化成高价离子和氧化物而清除 。氨水是充当络合剂的作用，与杂质离子形成络合物溶 于水中被清除。
❖ 双氧水会和Si反应生成SiO2，如需保护Si，则要阻挡层。
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自对准钛硅化物的形成
光刻胶的湿法刻蚀
光刻胶湿法刻蚀方法比较多，大体分为两种 ❖ 氧化去胶 ❖ 溶剂去胶
氧化去胶-H2SO4/H2O2工艺
❖ 该去胶工艺主要是利用H2SO4/H2O2的强氧化性，将胶中 的主要成分C、H氧化形成CO2和H2O，从而达到去胶的 目的。
❖ 典型的缓冲氧化硅蚀刻液(BOE : Buffer Oxide Etcher)(体积 比6:1之氟化铵(40%)与氢氟酸(49%))对于高温成长氧化层 的蚀刻速率约为1000Å /min。
Si 湿法刻蚀呢
？
Si的湿法刻蚀
❖ 在半导体制程中，单晶硅与复晶硅的蚀刻通常利用硝酸 与氢氟酸的混合液来进行。此反应是利用硝酸将硅表面 氧化成二氧化硅，再利用氢氟酸将形成的二氧化硅溶解
氮化硅的湿法刻蚀
❖ 热 (150 to 200 °C) (85%)H3PO4溶液
❖ 对硅、二氧化硅有高选择比。
❖ 应用于 “硅的局部氧化”（LOCOS） 和 STI氮化硅去除。
❖ Si3N4 + 4 H3PO4 →Si3(PO4)4 + 4NH3↑
❖ 其蚀刻速率与氮化硅的成长方式有关，以PVD辅助CVD形 成之氮化硅，由于组成结构(SixNyHz相较于Si3N4) 较以高 温低压化学气相沉积方式形成之氮化硅为松散，因此蚀 刻速率较快许多。但在高温热磷酸溶液中光阻易剥落， 因此在作氮化硅图案蚀刻时，通常利用二氧化硅作为屏 蔽。一般来说，氮化硅的湿式蚀刻大多应用于整面氮化 硅的剥除。对于有图案的氮化硅蚀刻，最好还是采用干 式蚀刻为宜。
湿法刻蚀
湿法刻蚀的特点
❖优点：选择比高（一般高于100：1）
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生产速率高
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设备比较便宜
❖缺点: 各向同性，不适合形成3um以下的图形
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化学试剂用量大，并且污染环境
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气泡形成及化学蚀刻液无法完全与晶圆表
面接触所造成的不完全及不均匀的蚀刻
湿法刻蚀的用处
❖ 曾经在特征尺寸大于3um的时代广泛使用，现在被干法刻 蚀替代
铝的湿法刻蚀
❖ 80% 磷酸, 5% 乙酸, 5% 硝酸和 10 % 水的热溶液 (42 to 45°C)
❖ 2Al+6（H+）=2（Al+）+3H2↑
❖ 蚀刻反应的机制是藉由硝酸将铝氧化成为氧化铝，接着 再利用磷酸将氧化铝予以溶解去除，如此反复进行以达 蚀刻的效果。
❖ 温度越高蚀刻速率越快，一般而言蚀刻速率约为10003000 Å /min，而溶液的组成比例、不同的温度及蚀刻过 程中搅拌与否都会影响到蚀刻的速率。
❖ 由于NH4OH易挥发、H2O2易分解，因此，该药液的有 效时间较短，目前，规定换液2小时（1：1：5，75+-5 ℃）或12小时（1：2：10，50+-5 ℃）内有效；
❖ 该去胶工艺主要用于SDG、POLY及SD注入后的去胶清洗（ 即干法去胶后去表面的胶丝或POLYMER清洗）
溶剂去胶
❖ 溶剂去胶主要是利用在溶剂中使聚合物溶胀并分解，溶 于该溶剂，从而达到去胶的目的。
❖ 湿式蚀刻铝的同时会有氢气泡的产生，这些气泡会附着 在铝的表面，而局部地抑制蚀刻的进行，造成蚀刻的不 均匀性，可在蚀刻过程中予于搅动或添加催化剂降低接 口张力以避免这种问题发生。
钛的湿法刻蚀
❖ 1:1 双氧水 (H2O2) 和硫酸 (H2SO4) 混合溶液。
❖ Ti+2H2O2+2H2SO4=Ti(SO4)2+4H2O
❖ 溶剂：丙酮（50度），MSDS_EKC-270，IPA清洗剂，NMP （N-甲基吡咯烷酮），异丙酮，。。。。
❖ 去胶后有可能有胶丝残留
❖ 总反应式：Si + HNO3（浓） + 6HF =H2SiF6 + HNO2 + H2↑ + H2O
❖ 上述的反应中可添加醋酸作为缓冲剂，以抑制硝酸的解 离。而蚀刻速率的调整可藉由改变硝酸与氢氟酸的比例 ，并配合醋酸添加与水的稀释加以控制
❖ （注：单纯的浓硝酸不能和硅片直接反应，因为反应生 成的SiO2薄膜会阻挡反应继续进行）