硅的濕法腐蝕

1、硅的濕法腐蝕技術硅的濕法腐蝕技術1濕法腐蝕簡介濕法腐蝕簡介1.1濕法腐蝕的歷史與研究現(xiàn)狀濕法腐蝕的歷史與研究現(xiàn)狀濕法腐蝕技術的歷史可以追溯到15世紀末或16世紀初，人們以蠟作掩膜，用酸在盔甲上腐蝕出裝飾圖形。而各向同性腐蝕是20世紀50年代開發(fā)的一項半導體加工技術。各向異性濕法腐蝕技術可以追溯到20世紀60年代中期，那時貝爾實驗室用KOH、水和乙醇溶液進行硅的各向異性濕法腐蝕，后來改用KOH和水的混合溶液[1]。濕法腐蝕是使用液態(tài)腐蝕劑

2、系統(tǒng)化的有目的性的移除材料，在光刻掩膜涂覆后（一個曝光和顯影過的光刻膠）或者一個硬掩膜（一個光刻過的抗腐蝕材料）后緊接該步腐蝕。這個腐蝕步驟之后，通常采用去離子水漂洗和隨后的掩膜材料的移除工藝。國外對硅的濕法腐蝕的研究起步較早，已取得相當多的研究成果。國外對硅的濕法腐蝕的研究主要集中于腐蝕劑、腐蝕劑濃度、添加劑、溫度、腐蝕時間等因素對腐蝕速率、腐蝕選擇性、粗糙度等結果的影響。1.2濕法腐蝕的分類濕法腐蝕的分類濕法化學腐蝕是最早用于微機械

3、結構制造的加工方法。所謂濕法腐蝕，就是將晶片置于液態(tài)的化學腐蝕液中進行腐蝕，在腐蝕過程中，腐蝕液將把它所接觸的材料通過化學反應逐步浸蝕溶掉。用于化學腐蝕的試劑很多，有酸性腐蝕劑，堿性腐蝕劑以及有機腐蝕劑等。根據(jù)所選擇的腐蝕劑，又可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕劑。各向同性腐蝕是指硅的不同方向的腐蝕速率相同。各向異性腐蝕則是指硅的不同晶向具有不同的腐蝕速率，也即腐蝕速率與單晶硅的晶向密切相關。圖1.1給出了各向同性腐蝕和各向異性腐蝕的截面

4、示意圖[2]。硅的各向同性腐蝕液對硅片的所有晶面都有著相近的腐蝕速率，并且腐蝕速率通常都相當大。各向同性腐蝕的試劑很多，包各種鹽類(如CN基、NH基等)和酸，但是由于受到能否獲得高純試劑，以及希望避免金屬離子的玷污這兩個因素的限制，因此廣泛采用HF—HNO3腐蝕系統(tǒng)。各向異性濕法腐蝕是指腐蝕劑對某一晶向的腐蝕速率高于其他方向的腐蝕速率。腐蝕結果的形貌由腐蝕速率最慢的晶面決定。基于這種腐蝕特性，可在硅襯底上加工出各種各樣的微結構。各向異性

5、濕法腐蝕所用的腐蝕液通常對硅的腐蝕速率都比較小，一般在每分鐘1m左右。各向異性腐蝕是指對硅的不同晶面具有不同的腐蝕速率?；谶@種腐蝕特性，可在硅襯底上加工出各種各樣的微結構。各向異性腐蝕劑一般分為兩類，一類是有機腐蝕劑，包括EPW(乙二胺、鄰苯二酚和水)和聯(lián)胺等，另一類是無機腐蝕劑，包括堿性腐蝕液[6]，如KOH、NaOH、NH4OH等。圖2.1（a）硅晶體單元結構（b）硅晶體結構圖2.2硅晶體沿不同方向的晶格截面2.2濕法腐蝕的機理濕

6、法腐蝕的機理下面以硅的各向異性濕法腐蝕為例介紹濕法腐蝕的原理[3][5]，[6]。雖然至今還沒有認清硅各向異性腐蝕，但眾多學者從未停止前行的腳步。早在1967年，F(xiàn)inne和Klein就根據(jù)對反應產物以及在反應過程中放出的H2與Si的近似化學計量比的分析，第一次提出了由OH、H20與硅反應的各向異性腐蝕反應過程的氧化還原方程式：Si20H4H2O→Si(0H)62H2↑上述這一總方程式并不能對硅在腐蝕過程中的各向異性行為做出很充分地的解

7、釋。。隨后，Pa1ik在其論文中論述到硅的各向異性腐蝕與各晶面的激活能和背鍵結構兩種因素相關；并在其后的試驗中發(fā)現(xiàn)OH是此反應的主要反應物，而且由Raman光譜證明了SiO2(OH)22是基本的反應產物。他們后來又給出了如下的總反應方程式：Si2H2O20H→Si02(OH)222H2↑Seidel于1990年提出了目前最具說服力的電化學模型。電化學模型認為各向異性腐蝕是由于硅表面懸掛鍵密度和背鍵結構、能級不同而引起的；并認同Palik