濕法腐蝕清洗設(shè)備是集成電路、LED、太陽能、MEMS等芯片制造中必不可少的工藝設(shè)備,而為了更好的達(dá)到腐蝕效果,在各種腐蝕工藝中往往要配合藥液的循環(huán)完成,從而達(dá)到更好的腐蝕均勻性。華林科納（江蘇）半導(dǎo)體CSE工程師介紹了幾種常用的腐蝕工藝循環(huán)原理及在濕法腐蝕清洗設(shè)備的典型應(yīng)用。?
關(guān)鍵詞：工藝槽循環(huán)過濾;?濕法腐蝕清洗;?硅腐蝕;
隨著芯片制造特征尺寸的縮小，工藝水平的不斷提高，對晶片腐蝕的均勻性，晶片表面顆粒及金屬污染等潔凈度指標(biāo)提出了更高的要求，因此，濕法腐蝕清洗設(shè)備在采用晶片旋轉(zhuǎn)、抖動、超聲清洗、兆聲清洗等的同時(shí)，業(yè)內(nèi)普遍采用工藝槽循環(huán)過濾方式，來凈化槽內(nèi)藥液，同時(shí)均勻流場保證藥液濃度和溫度的均勻性。
1 濕法腐蝕的關(guān)鍵問題
硅的濕法腐蝕在選擇腐蝕工藝和腐蝕劑時(shí)，需考慮諸多因素影響（如濃度、時(shí)間、溫度、攪拌等）的同時(shí)，需考慮以下幾方面的問題：
（1）腐蝕速率。較高的腐蝕速率將有效的縮短腐蝕時(shí)間，但所得到的腐蝕表面較粗糙。腐蝕液的濃度與腐蝕速率及腐蝕表面質(zhì)量有關(guān)，當(dāng)腐蝕液濃度較小時(shí)，腐蝕速率較大。
（2）腐蝕選擇性。選擇性是指要腐蝕材料的腐蝕速率與不希望腐蝕的材料（如掩模）的腐蝕速率的比率。一般地，選擇比越大越好。
（3）腐蝕均勻性。在硅腐蝕表面各處，腐蝕速率常常不相等，造成腐蝕表面出現(xiàn)起伏等，腐蝕尺寸比較大時(shí)表現(xiàn)尤為明顯。這與腐蝕液濃度有關(guān)，反應(yīng)槽中腐蝕液的濃度一直在變，并且各處濃度難保持一致性。因此，有時(shí)在腐蝕過程中一直伴隨著均勻攪拌，這將有效地保持腐蝕液濃度的均勻性。
（4）腐蝕表面粗糙度。不同的腐蝕方法和腐蝕劑將得到不同程度的表面粗糙度，它與腐蝕液、腐蝕速率等密切相關(guān)，與溫度關(guān)系不大，但溫度升高會導(dǎo)致腐蝕速率的增大。濕法腐蝕清洗設(shè)備使用的化學(xué)藥液很多，有酸性腐蝕劑，堿性腐蝕劑以及有機(jī)腐蝕劑等，這些化學(xué)藥液通常具有較強(qiáng)的腐蝕性，特別是有機(jī)藥液還具有易燃、易爆特性，同時(shí)它們的使用溫度也不盡相同，有常溫也有高溫，依據(jù)不同的藥液，以及不同的工藝要求，我們在循環(huán)管路的設(shè)計(jì)上也有所不同。主循環(huán)回路大體由儲酸槽，泵，加熱器，熱交換器，過濾器，傳感器（壓力、溫度、流 量控制） 等，供酸和排液的藥液閥及廢液回收管道組成。下面就總結(jié)一下常見的濕法腐蝕清洗設(shè)備中循環(huán)管路的應(yīng)用。
2 濕法腐蝕工藝中循環(huán)管路的應(yīng)用
2.1 硅腐蝕工藝
硅腐蝕工藝一般有酸腐蝕和堿腐蝕兩種。硅酸腐蝕通常使用 HF-HNO3 或 用 HF-HNO3-HAc（CH3-COOH，醋酸）的混合酸。硅腐蝕根據(jù)工藝的不同，腐蝕溫度也有所不同，范圍為 -15°～20°不等。所用到的槽體材質(zhì)一般為 PVDF 材質(zhì)。
反應(yīng)式如下：
Si + 4HNO3→ SiO2→ 4NO2 + 2H2O
SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O
醋酸是一種控制腐蝕速度的酸，當(dāng)混合比率大時(shí)，腐蝕速度就減小，而且會影響硅中的雜質(zhì)濃度。由于反應(yīng)溫度的關(guān)系，一般我們要在工藝槽的循環(huán)管路中接入制冷機(jī)、熱交換器，從而使藥液溫度達(dá)到所需的低溫度要求。除此之外，管路中還需接入磁力泵來提供藥液的循環(huán)動力。因此藥液的循環(huán)：由磁力泵、循環(huán)溢流槽、制冷機(jī)、熱交換器、流量計(jì)、管件等組成藥液的循環(huán)過濾系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)藥液的循環(huán)，保證工藝槽藥液溫度和濃度的均勻性。
圖 1 是低溫硅腐蝕的循環(huán)管路示意圖。
硅腐蝕工藝中另一種腐蝕即為堿腐蝕，其所用到的藥液一般為 NAOH 或 TMAH（四甲基氫氧化銨），工藝溫度一般為 90℃。對此我們在工藝槽體內(nèi)直接用投入式加熱器來對藥液進(jìn)行加熱達(dá)到工藝溫度或采用在線加熱方式。除此之外，管路中還需接入風(fēng)囊泵來提供藥液的循環(huán)動力。因此藥液的循環(huán)由風(fēng)囊泵、循環(huán)溢流槽、投入式加熱器或者在線加熱器、閥門、管件等組成藥液的循環(huán)系
統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)藥液的循環(huán)，均勻流場。保證工藝槽藥液溫度和濃度的均勻性。槽體材質(zhì)一般采用 PTFE材質(zhì)。圖 2、圖 3 是高溫硅腐蝕投入式加熱和在線加熱的循環(huán)管路示意圖。
2.2 二氧化硅腐蝕工藝
SiO2 的腐蝕是用 HF 來實(shí)現(xiàn)的。藥液一般有BOE、HF、DHF 等。由于腐蝕速度快，因而均使用NH4F（氟化銨）作為緩沖劑來減慢腐蝕速度。普通叫做緩沖腐蝕。此種工藝在常溫下進(jìn)行，而根據(jù)我國南北方生產(chǎn)的需要為了維持常溫，在北方，往往要配合小功率（200~300 W）的投入式加熱器，以防止反應(yīng)結(jié)晶；而在南方則需加入冷卻盤管，以適當(dāng)控制溫度。一般工藝槽體材質(zhì)選用 PVDF 材質(zhì)。
除此之外，管路中還需接入泵來提供藥液的循環(huán)動力。由于隔膜泵在連續(xù)不間斷工作時(shí)膜片使用壽命較短，更換膜片較頻繁，目前這種應(yīng)用方式逐漸被風(fēng)囊泵所取代。因此藥液的循環(huán)過濾：由風(fēng)囊泵、過濾器、循環(huán)溢流槽、閥門、管件等組成藥液的循環(huán)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)藥液的循環(huán)過濾，均勻流場。保證工藝槽藥液溫度和濃度的均勻性。
圖 4 是二氧化硅腐蝕的循環(huán)管路示意圖。
2.3 鋁腐蝕工藝
對于 Al 腐蝕來說，堿和酸都能用來腐蝕它，但半導(dǎo)體技術(shù)中所使用的腐蝕液使用磷酸系物質(zhì)作腐蝕劑較多一些。例如 H3PO4-HNO3-HAc-H2O 鋁在磷酸中幾乎不被腐蝕，但當(dāng)混入 HNO3 時(shí)，腐蝕速度才快。使用的混合比率盡管多種多樣，然而如在 H3PO4∶HNO3∶HAC∶H2O=15∶1∶2∶1 場合下，能夠得到約 0.1 μm/min 的腐蝕速度。當(dāng)在 Al中摻有硅時(shí)，腐蝕速度可提高到 1.2~1.5 倍。
而根據(jù)工藝條件的不同，我們又可以將鋁腐蝕分為真空鋁腐蝕和非真空鋁腐蝕兩種。真空鋁腐蝕，即在抽真空的條件下，在藥液槽中進(jìn)行腐蝕，工藝溫度為 52℃，工藝槽材質(zhì)選用??不銹鋼材質(zhì)，不同于其他腐蝕工藝的是此工藝槽只循環(huán)無溢流，加熱方式采取貼膜加熱，泵體的選擇為真空泵，即水環(huán)泵。因真空條件要求，槽體需要密封設(shè)計(jì)。
圖 5 是真空鋁腐蝕的循環(huán)管路示意圖。
非真空鋁腐蝕，是相對于真空鋁腐蝕而言。工藝溫度一般為 60℃，工藝槽材質(zhì)選用 PVDF 材質(zhì)，加熱方式采取投入式加熱。除此之外，管路中還需接入風(fēng)囊泵來提供藥液的循環(huán)動力。因此藥液的循環(huán)過濾：由真空泵、循環(huán)槽、閥門、管件等組成藥液的循環(huán)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)藥液的循環(huán)過濾，均勻流場。保證工藝槽藥液溫度和濃度的均勻性。
圖 6 是非真空鋁腐蝕的循環(huán)管路示意圖。
近幾年來，伴隨著硅片的大直徑化，器件結(jié)構(gòu)的超微小化、高集成化，對硅片的潔凈程度、表面的化學(xué)態(tài)、微粗糙度、氧化膜厚度等表面狀態(tài)的要求越來越高，硅片的各種腐蝕技術(shù)都在不斷的發(fā)展，華林科納（江蘇）半導(dǎo)體設(shè)備公司CSE也對硅片的腐蝕效果及均勻性提出了更高的要求，對于工藝槽體管路的研究以及器件的選擇有著很重要的意義。