CN105065914A - 一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统及输送方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统及输送方法，在现有输送管路系统基础上改装，即在加热器至湿法刻蚀设备的刻蚀腔体之间的刻蚀液输送管路上，加装了第二流量控制阀门以及输入端回流管路进行分流，同时增大加热器处的流量控制阀门的输出流量，并保证输送至刻蚀腔体的刻蚀液流量为要求流量，从而使得加热器功率虽然会由于流量的增加而增大，但是其增幅在输入端回流管路的热量补偿作用下变得相对较小，即使得加热器功率的输出在一个相对稳定的范围，最终保证输送至湿法刻蚀设备的刻蚀腔体中的刻蚀液温度在一个安定的范围内，仅具有非常小的波动，进而保证湿法刻蚀的刻蚀速率相对稳定，提高了湿法刻蚀厚度的工艺可控性。

Description

一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统及输送方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统及输送方法。

背景技术

通常情况下，图像传感器(或称影像感测器)为前面照度(FrontSideIllumination，简称FSI)，感光层、金属层、介电层和微透镜等其它光学元件设置在硅基板上，光线透过微透镜、金属层、介电层到达感光层。由于金属层和介电层的阻碍和光的折射、反射等，使得到达感光层的光总量大为减少，这样的结果是降低了图像传感器的灵敏度。为了得到较高的灵敏度，背面照度(BackSideIllumination，简称BSI)像素技术被开发应用。BSI图像传感器能提供较高的感测区比例(fillfactor)以及比较低的破坏性干涉(destructiveinterference)，其基底非常薄，透镜层、感光层与金属层、介质层分别位于硅基板的相对两个表面上，因此由该基底的背面照射进来的光线经过微透镜直接到达感光层，避免了金属层和介电层的阻碍，较少的光线被损耗，从而使得图像传感器具有较高的灵敏度。现有的背照式图像传感器(BSI-CMOS)选用单晶硅片或者基片为重掺杂的外延片进行CIS(CMOSImageSensor，CMOS图像传感器)芯片制造，背面处理通常包括背面减薄，表面注入，掺杂激活，表面钝化，金属遮光边墙等复杂而难点多的工艺。BSI技术的背面减薄工艺中非常重要的一步为晶圆背面的晶体硅的湿法刻蚀，例如用化学品TMAH来刻蚀硅(Si)基板背面，湿法刻蚀的刻蚀速率对晶圆背面Si剩余厚度的均一性以及表面粗糙度有着直接影响，而湿法刻蚀的刻蚀速率与刻蚀浓度、温度有关。

图1所示为现有BSI技术中背面减薄工艺的湿法刻蚀过程的输液管路结构示意图。该循环输液管路中，向刻蚀腔体中输送的刻蚀液浓度一般不会发生变化，但由于刻蚀液的循环使用(并非用完直接排走)，必然会导致输液管路中热量持续损失，随着循环管路回流，化学品槽内温度会持续性降低(极限至45℃)，从而使加热器输出功率持续快速增加，最终导致流量控制阀门处输出的刻蚀液温度波动范围过大(例如65℃±5℃)，即输送至刻蚀腔体中的刻蚀液温度波动范围过大，进而导致湿法刻蚀的刻蚀速率波动范围过大(如图2所示)，湿法刻蚀后的剩余厚度的均一性以及表面粗糙度无法满足BSI图像传感器的要求。所以，必须采取有效的方法对湿法刻蚀的刻蚀液温度进行管控，以保证Si厚度的工艺可控性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统及输送方法，能够使得加热器输出功率相对稳定，保证输送至刻蚀设备腔体中的刻蚀液温度相对恒定，提高湿法刻蚀厚度的工艺可控性。

为解决上述问题，本发明提出一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，包括：化学品槽、输入端回流管路、输出端回流管路、混合管路、抽液泵、加热器、第一流量控制阀门、第一输送管路、第二流量控制阀门以及第二输送管路；化学品槽盛装刻蚀液；输出端回流管路一端连接湿法刻蚀设备的刻蚀腔体输出口，另一端连接化学品槽的一个输入口；混合管路的输出口连接化学品槽的一个输入口以向化学品槽中输入添加剂；抽液泵连接化学品槽的输出口以从化学品槽中抽取刻蚀液；加热器连接抽液泵以对抽液泵抽出的刻蚀液进行加热，第一流量控制阀门连接加热器以控制加热器向第一输送管路输送加热刻蚀液的流量大于要求流量；第二流量控制阀门连接第一输送管路的输出口以及第二输送管路的输入口和输入端回流管路的输入口，将第一输送管路的加热刻蚀液分流至第二输送管路和输入端回流管路，并使第二输送管路中加热刻蚀液流量等于所述要求流量；第二输送管路的输出端连接所述湿法刻蚀设备的刻蚀腔体的输入口；输入端回流管路的输出口连接化学品槽的一个输入口。

进一步的，所述化学品槽中预先盛放有氢氧化四甲基铵TMAH。

进一步的，所述TMAH的浓度为5％至25％。

进一步的，所述第一输送管路中加热刻蚀液的流量为第二输送管路中的1.2至2倍。

进一步的，所述混合管路中的添加剂包括酸性溶液。

进一步的，所述酸性溶液包括硅酸、硝酸、氢氟酸或者盐酸。

进一步的，所述混合管路中的添加剂还包括过硫酸铵和异丙醇中的至少一种。

进一步的，所述加热器输出的加热刻蚀液温度为60℃～90℃。

本发明还提出一种应用上手的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统的刻蚀液输送方法，包括以下步骤：

通过混合管路向化学品槽中的刻蚀液中混入添加剂，搅拌均匀；

采用抽液泵抽取化学品槽中的刻蚀液，并通过加热器将抽取的刻蚀液加热至要求温度；

通过第一流量控制阀门控制加热后的刻蚀液按照大于要求流量的流量向第一输送管路输送；

通过第二流量控制阀门将第一输送管路输送的刻蚀液分流为两支，一支分流按照所述要求流量经第二输送管路输送至湿法刻蚀设备的刻蚀腔体，另一支分流将多余刻蚀液经输入端回流管路返送至所述化学品槽；

通过输出端回流管路将所述刻蚀腔体流出的刻蚀液返送至所述化学品槽。

与现有技术相比，本发明的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统及输送方法，在现有输送管路系统基础上改装，即在加热器至湿法刻蚀设备的刻蚀腔体之间的刻蚀液输送管路上，加装了第二流量控制阀门以及输入端回流管路进行分流，同时增大加热器处的流量控制阀门的输出流量，并保证输送至刻蚀腔体的刻蚀液流量为要求流量，从而使得加热器功率虽然会由于流量的增加而增大，但是其增幅在输入端回流管路的热量补偿作用下变得相对较小，即使得加热器功率的输出在一个相对稳定的范围，最终保证输送至湿法刻蚀设备的刻蚀腔体中的刻蚀液温度在一个安定的范围内，仅具有非常小的波动，进而保证湿法刻蚀的刻蚀速率相对稳定，提高了湿法刻蚀厚度的工艺可控性。

附图说明

图1是现有BSI技术中背面减薄工艺的湿法刻蚀过程的输液管路结构示意图；

图2是15％TMAH的腐蚀速率随温度变化的曲线图；

图3是本发明具体实施例的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统的结构示意图；

图4是本发明具体实施例的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送方法流程图；

图5是本发明具体实施例与现有技术的加热器功率输出对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

请参考图3，本发明提出一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，包括：化学品槽301、输入端回流管路309、输出端回流管路302、混合管路303、抽液泵304、加热器305、第一流量控制阀门306、第一输送管路307、第二流量控制阀门308以及第二输送管路310。

其中，化学品槽301盛装用于湿法刻蚀的主要刻蚀液，例如氢氧化四甲基铵TMAH溶液，其溶液浓度为5％至25％中任意值(比如15％)，混合管路303的输出口连接化学品槽301的一个输入口，主要是用于向主要刻蚀液中混入添加剂，该添加剂主要是用于改善主要刻蚀液的刻蚀效果，例如是酸性溶液、酸性溶液与过硫酸铵的组合、酸性溶液与过硫酸铵或异丙醇的组合、酸性溶液与过硫酸铵和异丙醇的组合，所述酸性溶液可以是硅酸、硝酸、氢氟酸或者盐酸。此外，化学品槽301中有搅拌器，能够将添加剂和主要刻蚀液搅拌均匀，混合管路303输送添加剂的流量是按照工艺要求进行控制的，是固定的，优选的，混合管路303输送添加剂的流量是通过第一流量控制阀门306控制的。

化学品槽301中的刻蚀液要输送到湿法刻蚀设备的刻蚀腔体300中，需要进行加热调节，本发明中，抽液泵304连接化学品槽301的输出口，并通过泵抽动力将化学品槽301中的刻蚀液抽取出来，加热器305连接抽液泵304并对抽液泵304抽取出的刻蚀液进行加热，一般加热至60℃～90℃，例如65℃或者80℃。

加热后的刻蚀液(简称“加热刻蚀液”)要输送到湿法刻蚀设备的刻蚀腔体300中，还需要进行流量控制，本发明中，第一流量控制阀门306连接加热器305，并控制加热刻蚀液按照流量大于要求流量的流量输送至第一输送管路307中，第一输送管路307输送的加热刻蚀液的流量过大，不符合刻蚀腔体300的需要，需经过第二流量控制阀门308分流，第二流量控制阀门308连接第一输送管路307的输出口以及第二输送管路310的输入口和输入端回流管路309的输入口，第二输送管路310的输出口连接刻蚀腔体300的输入口，输入端回流管路309的输出口连接化学品槽301的一个输入口，第二流量控制阀门308将第一输送管路307输送的加热刻蚀液分流为两支：一支分流被控制在要求流量并流经第二输送管路310至刻蚀腔体300，以用于晶圆湿法刻蚀工艺；另一支分流为多余刻蚀液，经由输入端回流管路309返送至化学品槽301中，在节约资源的同时还能补偿化学品槽301中的刻蚀液的温度下降，即第二流量控制阀门308仅允许刻蚀液按照刻蚀腔体300需要的流量输送至第二输送管路310，多余的刻蚀液在第二流量控制阀门308前逼迫至输入端回流管路309中。本发明中，第一输送管路307中加热刻蚀液的流量可以为第二输送管路310中流量的1.2至2倍，第二输送管路310中的刻蚀液流量为要求流量，即现有技术中流量控制阀门输出的流量，因此本发明的第一流量控制阀门306输出刻蚀液的流量大于现有技术，即本发明增大了加热器中的加热刻蚀液的输出流量；刻蚀腔体300中的刻蚀液流经晶圆以刻蚀晶圆，流经晶圆时消耗很少，需要回流至化学品槽中，以循环利用，本发明中，输出端回流管路302一端连接湿法刻蚀设备的刻蚀腔体300输出口，另一端连接化学品槽301的一个输入口，将刻蚀腔体300中流出的刻蚀液回收至化学品槽301中。

请参考图4，本发明还提出一种应用上手的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统的刻蚀液输送方法，包括以下步骤：

S1，通过混合管路向化学品槽中的刻蚀液中混入添加剂并搅拌均匀；

S2，采用抽液泵抽取化学品槽中的刻蚀液，并通过加热器将抽取的刻蚀液加热至要求温度；

S3，通过第一流量控制阀门控制加热后的刻蚀液按照大于要求流量的流量向第一输送管路输送；

S4，通过第二流量控制阀门将第一输送管路输送的刻蚀液分流为两支，一支分流按照所述要求流量经第二输送管路输送至湿法刻蚀设备的刻蚀腔体，另一支分流将多余刻蚀液经输入端回流管路返送至所述化学品槽；

S5，通过输出端回流管路将所述刻蚀腔体流出的刻蚀液返送至所述化学品槽。

请参考图5，以应用浓度为15％、温度为65℃的TMAH溶液作刻蚀液，进行湿法刻蚀工艺为例，在抽液泵的转速和各输送管径一定的前提下，均要求输送至刻蚀腔体的刻蚀液的流量为4.8升/分钟、温度为65℃时，进行现有技术与本发明的技术效果对比。现有技术中加热器功率输出曲线(图5中虚线所示)的斜率较大，即现有技术的加热器功率输出变化幅度较大。而本发明中，通过加装第二流量控制阀门308以及输入端回流管路309，使得加热器305处原有的流量控制阀门(即第一流量控制阀门306)的流量可加大至6升/分钟，第二流量控制阀门308将6升/分钟的加热刻蚀液分流成4.8升/分钟的需要刻蚀液和1.2升/分钟的多余刻蚀液，虽然输出端回流管路302回流的刻蚀液会降低化学品槽301内的温度，但是输入端回流管路309回流的1.2升/分钟的多余刻蚀液会对化学品槽301内的温度进行补偿，因而化学品槽301内的温度不会持续降低，更不会到达极限温度45℃，进而使加热器305的功率输出在一个相对稳定的范围(如图5中实线所示)，最终有效控制了刻蚀腔体300接收的刻蚀液温度在一个安定的范围内波动(65℃±0.5℃)，保证刻蚀腔体300内的刻蚀速率不变，最终实现被刻蚀硅Si厚度的工艺可控性，保证产品厚度在可控的安全质量标准之内，减少了报废风险。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，包括：化学品槽、输入端回流管路、输出端回流管路、混合管路、抽液泵、加热器、第一流量控制阀门、第一输送管路、第二流量控制阀门以及第二输送管路；化学品槽盛装刻蚀液；输出端回流管路一端连接湿法刻蚀设备的刻蚀腔体输出口，另一端连接化学品槽的一个输入口；混合管路的输出口连接化学品槽的一个输入口以向化学品槽中输入添加剂；抽液泵连接化学品槽的输出口以从化学品槽中抽取刻蚀液；加热器连接抽液泵以对抽液泵抽出的刻蚀液进行加热，第一流量控制阀门连接加热器以控制加热器向第一输送管路输送加热刻蚀液的流量大于要求流量；第二流量控制阀门连接第一输送管路的输出口以及第二输送管路的输入口和输入端回流管路的输入口，将第一输送管路的加热刻蚀液分流至第二输送管路和输入端回流管路，并使第二输送管路中加热刻蚀液流量等于所述要求流量；第二输送管路的输出端连接所述湿法刻蚀设备的刻蚀腔体的输入口；输入端回流管路的输出口连接化学品槽的一个输入口。

2.如权利要求1所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述化学品槽中预先盛放有氢氧化四甲基铵TMAH。

3.如权利要求2所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述TMAH的浓度为5％至25％。

4.如权利要求1所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述第一输送管路中加热刻蚀液的流量为第二输送管路中的1.2至2倍。

5.如权利要求1或4所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述第一输送管路中加热刻蚀液的流量为6升/分钟，第二输送管路中的加热刻蚀液的流量为4.86升/分钟。

6.如权利要求1所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述混合管路中的添加剂包括酸性溶液。

7.如权利要求6所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述酸性溶液包括硅酸、硝酸、氢氟酸或者盐酸。

8.如权利要求1或6所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述混合管路中的添加剂包括过硫酸铵和异丙醇中的至少一种。

9.如权利要求1所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统，其特征在于，所述加热器输出的加热刻蚀液温度为60℃～90℃。

10.一种应用权利要求1至9中任一项所述的湿法刻蚀工艺中刻蚀液输送管路系统的刻蚀液输送方法，其特征在于，包括：

通过混合管路向化学品槽中的刻蚀液中混入添加剂，搅拌均匀；

采用抽液泵抽取化学品槽中的刻蚀液，并通过加热器将抽取的刻蚀液加热至要求温度；

通过第一流量控制阀门控制加热后的刻蚀液按照大于要求流量的流量向第一输送管路输送；

通过第二流量控制阀门将第一输送管路输送的刻蚀液分流为两支，一支分流按照所述要求流量经第二输送管路输送至湿法刻蚀设备的刻蚀腔体，另一支分流将多余刻蚀液经输入端回流管路返送至所述化学品槽；

通过输出端回流管路将所述刻蚀腔体流出的刻蚀液返送至所述化学品槽。