蝕刻技術(shù)蝕刻工藝及蝕刻產(chǎn)品簡介

關(guān)鍵詞：氫能源技術(shù)材料，耐高溫耐酸堿耐濕膠帶，高分子材料，高端膠粘劑

引言：蝕刻(etching)是將材料使用化學(xué)反應(yīng)或物理撞擊作用而移除的技術(shù)。蝕刻技術(shù)可以分為濕蝕刻(wet etching)和干蝕刻(dry etching)兩類。最早可用來制造銅版、鋅版等印刷凹凸版，也廣泛地被使用于減輕重量(Weight Reduction)儀器鑲板，銘牌及傳統(tǒng)加工法難以加工之薄形工件等的加工；經(jīng)過不斷改良和工藝設(shè)備發(fā)展，亦可以用于航空、機(jī)械、化學(xué)工業(yè)中電子薄片零件精密蝕刻產(chǎn)品的加工，特別在半導(dǎo)體制程上，蝕刻更是不可或缺的技術(shù)。

蝕刻

原理：通常所指蝕刻也稱光化學(xué)蝕刻（photochemical etching），指通過曝光制版、顯影后，將要蝕刻區(qū)域的保護(hù)膜去除，在蝕刻時接觸化學(xué)溶液，達(dá)到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。工藝流程：曝光法：工程根據(jù)圖形開出備料尺寸-材料準(zhǔn)備-材料清洗-烘干→貼膜或涂布→烘干→曝光→顯影→烘干-蝕刻→脫膜→OK。網(wǎng)印法：開料→清洗板材(不銹鋼其它金屬材料)→絲網(wǎng)印→蝕刻→脫膜→OK。蝕刻優(yōu)版：采用噴墨打印技術(shù)將抗腐蝕墨水打印到材料表面，再經(jīng)過固化（一般是用光固化也有用熱固化）即可獲得抗腐蝕層然后可以進(jìn)行下一步化學(xué)腐蝕或者電腐蝕。

蝕刻要注意的問題：減少側(cè)蝕和突沿，提高蝕刻系數(shù)。側(cè)蝕產(chǎn)生突沿。通常印制板在蝕刻液中的時間越長，（或者使用老式的左右搖擺蝕刻機(jī)）側(cè)蝕越嚴(yán)重。側(cè)蝕嚴(yán)重影響印制導(dǎo)線的精度，嚴(yán)重側(cè)蝕將使制作精細(xì)導(dǎo)線成為不可能。當(dāng)側(cè)蝕和突沿降低時，蝕刻系數(shù)就升高，高的蝕刻系數(shù)表示有保持細(xì)導(dǎo)線的能力，使蝕刻后的導(dǎo)線接近原圖尺寸。電鍍蝕刻抗蝕劑無論是錫－鉛合金，錫，錫－鎳合金或鎳，突沿過度都會造成導(dǎo)線短路。因為突沿容易斷裂下來，在導(dǎo)線的兩點之間形成電的橋接。

提高板子與板子之間蝕刻速率的一致性：在連續(xù)的板子蝕刻中，蝕刻速率越一致，越能獲得均勻蝕刻的板子。要達(dá)到這一要求，必須保證蝕刻液在蝕刻的全過程始終保持在最佳的蝕刻狀態(tài)。這就要求選擇容易再生和補償，蝕刻速率容易控制的蝕刻液。選用能提供恒定的操作條件和對各種溶液參數(shù)能自動控制的工藝和設(shè)備。通過控制溶銅量，PH值，溶液的濃度，溫度，溶液流量的均勻性(噴淋系統(tǒng)或噴嘴以及噴嘴的擺動)等來實現(xiàn)。

提高整個板子表面蝕刻速率的均勻性：板子上下兩面以及板面上各個部位的蝕刻均勻性是由板子表面受到蝕刻劑流量的均勻性決定的。蝕刻過程中，上下板面的蝕刻速率往往不一致。一般來說，下板面的蝕刻速率高于上板面。因為上板面有溶液的堆積，減弱了蝕刻反應(yīng)的進(jìn)行?？梢酝ㄟ^調(diào)整上下噴嘴的噴啉壓力來解決上下板面蝕刻不均的現(xiàn)象。蝕刻印制板的一個普遍問題是在相同時間里使全部板面都蝕刻干凈是很難做到的，板子邊緣比板子中心部位蝕刻的快。采用噴淋系統(tǒng)并使噴嘴擺動是一個有效的措施。更進(jìn)一步的改善可以通過使板中心和板邊緣處的噴淋壓力不同，板前沿和板后端間歇蝕刻的辦法，達(dá)到整個板面的蝕刻均勻性。

提高安全處理和蝕刻薄銅箔及薄層壓板的能力：在蝕刻多層板內(nèi)層這樣的薄層壓板時，板子容易卷繞在滾輪和傳送輪上而造成廢品。所以，蝕刻內(nèi)層板的設(shè)備必須保證能平穩(wěn)的，可靠地處理薄的層壓板。許多設(shè)備制造商在蝕刻機(jī)上附加齒輪或滾輪來防止這類現(xiàn)象的發(fā)生。更好的方法是采用附加的左右搖擺的聚四氟乙烯涂包線作為薄層壓板傳送的支撐物。對于薄銅箔(例如1/2或1/4盎司)的蝕刻，必須保證不被擦傷或劃傷。薄銅箔經(jīng)不住像蝕刻1盎司銅箔時的機(jī)械上的弊端，有時較劇烈的振顫都有可能劃傷銅箔。

減少污染的問題

銅對水的污染是印制電路生產(chǎn)中普遍存在的問題，氨堿蝕刻液的使用更加重了這個問題。因為銅與氨絡(luò)合，不容易用離子交換法或堿沉淀法除去。所以，采用第二次噴淋操作的方法，用無銅的添加液來漂洗板子，大大地減少銅的排出量。然后，再用空氣刀在水漂洗之前將板面上多余的溶液除去，從而減輕了水對銅和蝕刻的鹽類的漂洗負(fù)擔(dān)。

蝕刻工藝

把未被抗蝕劑掩蔽的薄膜層除去，從而在薄膜上得到與抗蝕劑膜上完全相同圖形的工藝。在集成電路制造過程中，經(jīng)過掩模套準(zhǔn)、曝光和顯影，在抗蝕劑膜上復(fù)印出所需的圖形，或者用電子束直接描繪在抗蝕劑膜上產(chǎn)生圖形，然后把此圖形精確地轉(zhuǎn)移到抗蝕劑下面的介質(zhì)薄膜（如氧化硅、氮化硅、多晶硅）或金屬薄膜（如鋁及其合金）上去，制造出所需的薄層圖案?？涛g就是用化學(xué)的、物理的或同時使用化學(xué)和物理的方法，有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜層除去，從而在薄膜上得到和抗蝕劑膜上完全一致的圖形。刻蝕技術(shù)主要分為干法刻蝕與濕法刻蝕。

干法刻蝕主要利用反應(yīng)氣體與等離子體進(jìn)行刻蝕；濕法刻蝕主要利用化學(xué)試劑與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕。在半導(dǎo)體制造中有兩種基本的刻蝕工藝：干法刻蝕和濕法腐蝕。干法刻蝕是把硅片表面曝露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，與硅片發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)（或這兩種反應(yīng)），從而去掉曝露的表面材料。干法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的最重要方法。而在濕法腐蝕中，液體化學(xué)試劑（如酸、堿和溶劑等）以化學(xué)方式去除硅片表面的材料。濕法腐蝕一般只是用在尺寸較大的情況下（大于3微米）。濕法腐蝕仍然用來腐蝕硅片上某些層或用來去除干法刻蝕后的殘留物。

基本工藝要求理想的刻蝕工藝必須具有以下特點：①各向異性刻蝕，即只有垂直刻蝕，沒有橫向鉆蝕。這樣才能保證精確地在被刻蝕的薄膜上復(fù)制出與抗蝕劑上完全一致的幾何圖形；②良好的刻蝕選擇性，即對作為掩模的抗蝕劑和處于其下的另一層薄膜或材料的刻蝕速率都比被刻蝕薄膜的刻蝕速率小得多，以保證刻蝕過程中抗蝕劑掩蔽的有效性，不致發(fā)生因為過刻蝕而損壞薄膜下面的其他材料；③加工批量大，控制容易，成本低，對環(huán)境污染少，適用于工業(yè)生產(chǎn)。

蝕刻工藝的分類

1、濕法刻蝕

這是傳統(tǒng)的刻蝕方法。把硅片浸泡在一定的化學(xué)試劑或試劑溶液中，使沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜表面與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被除去。例如,用一種含有氫氟酸的溶液刻蝕二氧化硅薄膜，用磷酸刻蝕鋁薄膜等。這種在液態(tài)環(huán)境中進(jìn)行刻蝕的工藝稱為“濕法”工藝，其優(yōu)點是操作簡便、對設(shè)備要求低、易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，并且刻蝕的選擇性也好。但是，化學(xué)反應(yīng)的各向異性較差，橫向鉆蝕使所得的刻蝕剖面呈圓弧形。這不僅使圖形剖面發(fā)生變化，而且當(dāng)稍有過刻蝕時剖面會產(chǎn)生如圖中的虛線，致使薄膜上圖形的線寬比原抗蝕劑膜上形成的線寬小2墹x,并且墹x隨過刻蝕時間迅速增大。這使精確控制圖形變得困難。濕法刻蝕的另一問題，是抗蝕劑在溶液中，特別在較高溫度的溶液中易受破壞而使掩蔽失效，因而對于那些只能在這種條件下刻蝕的薄膜必須采用更為復(fù)雜的掩蔽方案。

對于采用微米級和亞微米量級線寬的超大規(guī)模集成電路，刻蝕方法必須具有較高的各向異性特性，才能保證圖形的精度，但濕法刻蝕不能滿足這一要求。

2、干法刻蝕

70年代末研究出一系列所謂干法刻蝕工藝。干法刻蝕有離子銑刻蝕、等離子刻蝕和反應(yīng)離子刻蝕三種主要方法。

①離子銑刻蝕：低氣壓下惰性氣體輝光放電所產(chǎn)生的離子加速后入射到薄膜表面，裸露的薄膜被濺射而除去。由于刻蝕是純物理作用，各向異性程度很高，可以得到分辨率優(yōu)于 1微米的線條。這種方法已在磁泡存儲器、表面波器件和集成光學(xué)器件等制造中得到應(yīng)用。但是，這種方法的刻蝕選擇性極差，須采用專門的刻蝕終點監(jiān)測技術(shù)，而且刻蝕速率也較低。

②等離子刻蝕：利用氣壓為10～1000帕的特定氣體（或混合氣體）的輝光放電，產(chǎn)生能與薄膜發(fā)生離子化學(xué)反應(yīng)的分子或分子基團(tuán)，生成的反應(yīng)產(chǎn)物是揮發(fā)性的。它在低氣壓的真空室中被抽走，從而實現(xiàn)刻蝕。通過選擇和控制放電氣體的成分，可以得到較好的刻蝕選擇性和較高的刻蝕速率，但刻蝕精度不高，一般僅用于大于4～5微米線條的工藝中。

③反應(yīng)離子刻蝕：這種刻蝕過程同時兼有物理和化學(xué)兩種作用。輝光放電在零點幾到幾十帕的低真空下進(jìn)行。硅片處于陰極電位，放電時的電位大部分降落在陰極附近。大量帶電粒子受垂直于硅片表面的電場加速，垂直入射到硅片表面上,以較大的動量進(jìn)行物理刻蝕,同時它們還與薄膜表面發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)刻蝕作用。選擇合適的氣體組分，不僅可以獲得理想的刻蝕選擇性和速度，還可以使活性基團(tuán)的壽命短，這就有效地抑制了因這些基團(tuán)在薄膜表面附近的擴(kuò)散所能造成的側(cè)向反應(yīng)，大大提高了刻蝕的各向異性特性。反應(yīng)離子刻蝕是超大規(guī)模集成電路工藝中很有發(fā)展前景的一種刻蝕方法。

現(xiàn)代化的干法刻蝕設(shè)備包括復(fù)雜的機(jī)械、電氣和真空裝置，同時配有自動化的刻蝕終點檢測和控制裝置。因此這種工藝的設(shè)備投資是昂貴的。

干法刻蝕也可以根據(jù)被刻蝕的材料類型來分類。按材料來分，刻蝕主要分成三種：金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕、和硅刻蝕。介質(zhì)刻蝕是用于介質(zhì)材料的刻蝕，如二氧化硅。接觸孔和通孔結(jié)構(gòu)的制作需要刻蝕介質(zhì)，從而在ILD中刻蝕出窗口，而具有高深寬比（窗口的深與寬的比值）的窗口刻蝕具有一定的挑戰(zhàn)性。硅刻蝕（包括多晶硅）應(yīng)用于需要去除硅的場合，如刻蝕多晶硅晶體管柵和硅槽電容。金屬刻蝕主要是在金屬層上去掉鋁合金復(fù)合層，制作出互連線。

刻蝕也可以分成有圖形刻蝕和無圖形刻蝕。有圖形刻蝕采用掩蔽層（有圖形的光刻膠）來定義要刻蝕掉的表面材料區(qū)域，只有硅片上被選擇的這一部分在刻蝕過程中刻掉。有圖形刻蝕可用來在硅片上制作多種不同的特征圖形，包括柵、金屬互連線、通孔、接觸孔和溝槽。無圖形刻蝕、反刻或剝離是在整個硅片沒有掩模的情況下進(jìn)行的，這種刻蝕工藝用于剝離掩模層（如STI氮化硅剝離和用于制備晶體管注入側(cè)墻的硅化物工藝后鈦的剝離）。反刻是在想要把某一層膜的總的厚度減小時采用的（如當(dāng)平坦化硅片表面時需要減小形貌特征）。光刻膠是另一個剝離的例子?？偟膩碚f，有圖形刻蝕和無圖形刻蝕工藝條件能夠采用干法刻蝕或濕法腐蝕技術(shù)來實現(xiàn)。為了復(fù)制硅片表面材料上的掩膜圖形，刻蝕必須滿足一些特殊的要求。包括幾方面刻蝕參數(shù)：刻蝕速率、刻蝕剖面、刻蝕偏差、選擇比、均勻性、殘留物、聚合物、等離子體誘導(dǎo)損傷、顆粒玷污和缺陷等?？涛g是用化學(xué)或物理方法有選擇的從硅片表面去除不需要的材料的過程?？涛g的基本目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確的復(fù)制掩模圖形。有圖形的光刻膠層在刻蝕中不受腐蝕源顯著的侵蝕。這層掩蔽膜用來在刻蝕中保護(hù)硅片上特殊區(qū)域而選擇性的刻蝕掉未被光刻膠保護(hù)的區(qū)域如圖1。在通常的CMOS工藝流程中刻蝕都是在光刻工藝之后進(jìn)行的如圖2。從這一點來說，刻蝕可以看成在硅片上復(fù)制所想要的圖形的最后主要圖形轉(zhuǎn)移工藝步驟。

蝕刻工藝產(chǎn)品介紹