硅地湿法腐蚀

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1、实用标准文案硅的湿法腐蚀技术1湿法腐蚀简介1.1湿法腐蚀的历史与研究现状湿法腐蚀技术的历史可以追溯到15世纪末或16世纪初，人们以蜡作掩膜，用酸在盔甲上腐蚀出装饰图形。而各向同性腐蚀是20世纪50年代开发的一项半导体加工技术。各向异性湿法腐蚀技术可以追溯到20世纪60年代中期，那时贝尔实验室用KOH、水和乙醇溶液进行硅的各向异性湿法腐蚀，后来改用KOH和水的混合溶液[1]。湿法腐蚀是使用液态腐蚀剂系统化的有目的性的移除材料，在光刻掩膜涂覆后（一个曝光和显影过的光刻胶）或者一个硬掩膜（一个光刻过的

2、抗腐蚀材料）后紧接该步腐蚀。这个腐蚀步骤之后，通常采用去离子水漂洗和随后的掩膜材料的移除工艺。国外对硅的湿法腐蚀的研究起步较早，已取得相当多的研究成果。国外对硅的湿法腐蚀的研究主要集中于腐蚀剂、腐蚀剂浓度、添加剂、温度、腐蚀时间等因素对腐蚀速率、腐蚀选择性、粗糙度等结果的影响。1.2湿法腐蚀的分类湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。所谓湿法腐蚀，就是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。用于化学腐蚀的试剂很多，有酸性腐蚀

3、剂，碱性腐蚀剂以及有机腐蚀剂等。根据所选择的腐蚀剂，又可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀剂。各向同性腐蚀是指硅的不同方向的腐蚀速率相同。各向异性腐蚀则是指硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率，也即腐蚀速率与单晶硅的晶向密切相关。图1.1给出了各向同性腐蚀和各向异性腐蚀的截面示意图[2]。硅的各向同性腐蚀液对硅片的所有晶面都有着相近的腐蚀速率，并且腐蚀速率通常都相当大。各向同性腐蚀的试剂很多，包各种盐类(如CN基、NH基等)和酸，但是由于受到能否获得高纯试剂，以及希望避免金属离子的玷污这两个因素的限制，因

4、此广泛采用HF—HNO3腐蚀系统。各向异性湿法腐蚀是指腐蚀剂对某一晶向的腐蚀速率高于其他方向的腐蚀速率。腐蚀结果的形貌由腐蚀速率最慢的晶面决定。基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性湿法腐蚀所用的腐蚀液通常对硅的腐蚀速率都比较小，一般在每分钟1µm左右。各向异性腐蚀是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等，另一类是无机腐蚀剂，包括碱性

5、腐蚀液[6]，如KOH、NaOH、NH4OH等。精彩文档实用标准文案图1.1硅的各向同性与各项异性湿法腐蚀截面示意图1.3湿法腐蚀需要考虑的问题硅的湿法腐蚀在选择腐蚀工艺和腐蚀剂时，需考虑诸多因素的影响（如浓度、时间、温度、搅拌等），需考虑以下几方面的问题[1]：（1）腐蚀速率。较高的腐蚀速率将有效地缩短腐蚀时间，但所得到的腐蚀表面较粗糙。腐蚀液的浓度与腐蚀速率及腐蚀表面质量有关，当腐蚀液浓度较小时，腐蚀速率较大。（2）腐蚀选择性。选择性是指要腐蚀的材料的腐蚀速率与不希望腐蚀的材料（如掩膜）的腐

6、蚀速率的比率。一般地，选择比越大越好。（3）腐蚀均匀性。在硅腐蚀表面各处，腐蚀速率常常不相等，造成腐蚀表面出现起伏等，腐蚀尺寸比较大时表现尤为明显。这与腐蚀液浓度有关，反应槽中腐蚀液的浓度一直在变，并且各处浓度难保持一致性。本文腐蚀过程一直伴随着均匀搅拌，这将较有效地保持腐蚀液浓度的均匀性。（4）腐蚀表面粗糙度。不同的腐蚀方法和腐蚀剂将得到不同程度的表面粗糙度，它与腐蚀液、腐蚀速率等密切相关，与温度关系不大，但温度升高会导致腐蚀速率的增大。2硅的湿法腐蚀的机理2.1硅的结构硅有晶态和无定型态两种

7、[1],[5]。晶态的硅又分为单晶硅和多晶硅。晶态的硅为金刚石结构。硅的晶体结构如图2.1所示。硅晶体是具有共价键的金刚石结构，属于闪锌矿型结构类。硅原子的四个共价键形成一个正四面体，这些正四面体重复排列，构成金刚石立方结构。可以认为它是由一面心立方体晶格沿另一面心立方体晶格的空间对角线位移四分之一长度嵌套而成，面心立方结构的四个附加原子形成了一个金刚石晶格类型的子立方体晶胞。晶体中的硅原子在晶格结构中规则排列。材料的特性（如杨氏模量、迁移率和压阻系数）以及硅的化学腐蚀速率通常都表现出对方向的依

8、赖性，这是晶体的各向异性。硅晶体本身的各向异性是其各向异性腐蚀特性的几何基础。三个典型晶向的硅晶格的横截面图如图2.2所示，可见，不同面上的原子的堆积密度是不同的，这可以解释硅晶体的电学、机械特性以及腐蚀特性的各向异性。精彩文档实用标准文案图2.1（a）硅晶体单元结构（b）硅晶体结构图2.2硅晶体沿不同方向的晶格截面2.2湿法腐蚀的机理下面以硅的各向异性湿法腐蚀为例介绍湿法腐蚀的原理[3],[5]，[6]。虽然至今还没有认清硅各向异性腐蚀，但众多学者从未停止前行的脚步。早在1967年，Finne