硅的濕法腐蝕

1、硅的濕法腐蝕技術(shù)硅的濕法腐蝕技術(shù)1濕法腐蝕簡(jiǎn)介濕法腐蝕簡(jiǎn)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(shù)的歷史可以追溯到15世紀(jì)末或16世紀(jì)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(jì)50年代開發(fā)的一項(xiàng)半導(dǎo)體加工技術(shù)。各向異性濕法腐蝕技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)60年代中期，那時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室用KOH、水和乙醇溶液進(jìn)行硅的各向異性濕法腐蝕，后來(lái)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(gè)曝光和顯影過(guò)的光刻膠）或者一個(gè)硬掩膜（一個(gè)光刻過(guò)的抗腐蝕材料）后緊接該步腐蝕。這個(gè)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(guó)外對(duì)硅的濕法腐蝕的研究起步較早，已取得相當(dāng)多的研究成果。國(guó)外對(duì)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(shí)間等因素對(duì)腐蝕速率、腐蝕選擇性、粗糙度等結(jié)果的影響。1.2濕法腐蝕的分類濕法腐蝕的分類濕法化學(xué)腐蝕是最早用于微機(jī)械

3、結(jié)構(gòu)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(xué)腐蝕液中進(jìn)行腐蝕，在腐蝕過(guò)程中，腐蝕液將把它所接觸的材料通過(guò)化學(xué)反應(yīng)逐步浸蝕溶掉。用于化學(xué)腐蝕的試劑很多，有酸性腐蝕劑，堿性腐蝕劑以及有機(jī)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(guān)。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(duì)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(dāng)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?cè)噭约跋Ｍ苊饨饘匐x子的玷污這兩個(gè)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(duì)某一晶向的腐蝕速率高于其他方向的腐蝕速率。腐蝕結(jié)果的形貌由腐蝕速率最慢的晶面決定?；谶@種腐蝕特性，可在硅襯底上加工出各種各樣的微結(jié)構(gòu)。各向異性

5、濕法腐蝕所用的腐蝕液通常對(duì)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(duì)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(jié)構(gòu)。各向異性腐蝕劑一般分為兩類，一類是有機(jī)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(wú)機(jī)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(jié)構(gòu)（b）硅晶體結(jié)構(gòu)圖2.2硅晶體沿不同方向的晶格截面2.2濕法腐蝕的機(jī)理濕

6、法腐蝕的機(jī)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(méi)有認(rèn)清硅各向異性腐蝕，但眾多學(xué)者從未停止前行的腳步。早在1967年，F(xiàn)inne和Klein就根據(jù)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物以及在反應(yīng)過(guò)程中放出的H2與Si的近似化學(xué)計(jì)量比的分析，第一次提出了由OH、H20與硅反應(yīng)的各向異性腐蝕反應(yīng)過(guò)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(duì)硅在腐蝕過(guò)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(jié)構(gòu)兩種因素相關(guān)；并在其后的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)OH是此反應(yīng)的主要反應(yīng)物，而且由Raman光譜證明了SiO2(OH)22是基本的反應(yīng)產(chǎn)物。他們后來(lái)又給出了如下的總反應(yīng)方程式：Si2H2O20H→Si02(OH)222H2↑Seidel于1990年提出了目前最具說(shuō)服力的電化學(xué)模型。電化學(xué)模型認(rèn)為各向異性腐蝕是由于硅表面懸掛鍵密度和背鍵結(jié)構(gòu)、能級(jí)不同而引起的；并認(rèn)同Palik