湿法刻蚀与清洗的药液简介

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2022-11-22   环球过滤分离技术网   guolvfenlitech9


刻蚀液



刻蚀液主要有磷酸、氢氟酸、缓冲刻蚀剂（BOE）、铝刻蚀剂（M2）、硝酸等。

1、磷酸刻蚀液

磷酸刻蚀液由纯磷酸和去离子水组成， 工作温度为 160摄氏度。 主要功能是用来刻蚀氮化硅膜及其下面的氧化膜。其对氮化硅膜的刻蚀速率是55A/Min,对氧化膜的刻蚀速率是1.7-10A/Min。 该刻蚀液的反应速率主要取决于反应温度和溶液中水的含量。

其反应机理如下：

Si3N4 + 6H2O -----> 3SiO2 + 4NH3

（需要用H3PO4作催化剂）

晶圆在磷酸刻蚀液反应槽里反应后必须被传送到热的去离子水槽里进行清洗，否则易受到热应力的破坏而造成破片。

2、氢氟酸刻蚀液

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氢氟酸刻蚀液主要用来刻蚀氧化膜。根据浓度不同可分为CHF、 LHF、 DHF等。CHF 是浓度为 49%的氢氟酸刻蚀液， 主要用来刻蚀Poly以及氮化物， 其反应速度很快，很难用其来刻蚀掉特定的厚度，因此只能用在过刻蚀的情况。 LHF 是 CHF用水稀释后的产物，其中氢氟和水的比例为50：1。该刻蚀液刻蚀速度稳定， 晶圆生产上常用其刻蚀特定厚度的氧化膜。 DHF 是 LHF 进一步稀释后的产物， 其中氢氟酸和水的比例为 100：1。由于其浓度较低，所以其刻蚀速率很低，主要用来刻蚀晶圆表面的自然氧化膜。

3、缓冲刻蚀剂

缓冲刻蚀剂又叫作 BOE(全称 Buffered Oxide Etch),是NH4F和 HF 以及表面活化剂的混合物， 主要用来刻蚀晶圆上深槽里的氧化膜。 根据 NH4F 和HF 浓度比例的不同可分为MB、 LB、 DB。 MB 里NH4F 与 HF的比例是 10：1， LB 里 NH4F 与 HF的比例是130：1， DB里 NH4F 与HF 的比例是 200：1。

缓冲刻蚀剂与SiO2氧化膜的反应机理为：

SiO2 + 2HF2- + 2H3O+ ↔SiF4 + 4H2O

SiF4 + 2HF↔ H2SiF6

SiF4 + 2NH4F↔ (NH4)2SiF6

4、铝刻蚀剂

铝刻蚀剂即 M2，是磷酸、硝酸和醋酸的混合物，它们的比例为70:2:12。其反应温度为 75摄氏度， 主要用在钴制程选择性的刻蚀过程中。 其中,硝酸作为氧化剂，将AL生成AL2O3， 磷酸再将AL2O3生成AL(OH)3。

清洗液

湿法清洗所用的清洗液主要有硫酸清洗液、 SC1清洗液、 SC2 清洗液等。

1、硫酸清洗液

硫酸清洗剂是硫酸和双氧水的混合物， 其浓度比为 5:1， 反应温度为 125 摄氏度。其功能是去除晶圆表面的光阻残留物或有机物。反应机理是：

H2SO4 + H2O2----->HO-(SO2)-O-OH + H2O

HO-(SO2)-O-OH + -(CH2)n -----> CO2 + H2

2、SC1清洗液

SC1 清洗液是氨水、 双氧水以及水的混合物， 三者体积比例为1:2:50。 其反应温度为 25摄氏度，功能是去除晶圆上的微粒杂质以及聚合物。清洗机理是氧化和电性排斥，如图1所示。

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▲图1 SC1清洗原理图

3、SC2清洗液

SC2 清洗液是盐酸、双氧水和水的混合物，三者的体积比例为1:1:50。 SC2清洗液的主要功能是清除晶片上的金属离子。其清洗机理是其能提供一个低 PH值的环境，碱性的金属离子，金属氢化物将能溶于SC2 清洗液里。

由于 SC1 呈碱性， 所以在 SC1 清洗液里， 较易发生金属附着现象。 而在 SC2 呈酸性， 故在 SC2溶液里不容易产生这种现象， 并且后者比较容易清除晶圆外表的金属。而且虽然 SC1清洗液能去除 Cu 等金属，却很难去除晶片表面的自然氧化膜附着 。

SC2 拥有非常强的氧化能力和络合能力， 能与氧以前的任何金属物质反应生成能很容易被谁清洗掉的盐离子。同时氧化后的金属离子可与氯离子反用产生一种可溶性的络合物并能被去离子水去除[15]。 SC2清洗的相关化学方程式如下：

Si+H2O2-->SiO2+H2O

Zn+HCl-->ZnCl2+H2

Fe+HCl-->FeCl2+H2

Mg+HCl-->MgCl2+H2

去离子水

在晶圆生产中， 晶圆在酸槽里清洗完后， 都要先进入水槽里清洗， 然后才能进入下一酸槽进行再清洗。

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水槽里的水必须要求是去离子水。 为了更好的清洗杂质， 去离子水中往往要加入超声波。 同时水槽温度也分常温和高温两种， 水槽排水方式也有快速下排和上部溢水两种方式。





异丙醇

异丙醇（ IPA)是一种碳三脂肪族单元醇， 是重要的溶剂。 异丙醇可作为溶剂和清洗去除剂。 异丙醇作为清洗去除剂， 分好多级别。 其中在中、 大规模的集成电路的生产工艺及分立器件的生产工艺中常常使用 MOS 级的异丙醇,而在一些超大规模集成电路生产工艺中常常使用的是BV-III级的异丙醇。

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在湿法刻蚀和清洗工艺中， 异丙醇主要用在晶片清洗机的干燥系统里。 晶片被自动传到清洗机的干燥系统后， 先要被浸入干燥系统的水槽里。 水槽里装有流动的去离子水，该去离子水能把晶片上的被清洗后仍残留的少许杂质冲洗去除到。之后水槽里的水会被排走，然后干燥系统会输出大量的雾化的高温异丙醇。这些异丙醇能把晶片上的水分置换出去。然后干燥系统会输入大量的高温氮气，这些氮气会将异丙醇排除干燥系统内部，从而达到清洗并干燥晶片的效果。
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