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微機械加工技術,硅的濕法腐蝕,內容,各向異性腐蝕 EDP，Amine Gallate, TMAH, 聯(lián)氨 電化學腐蝕 硅各向同性腐蝕 腐蝕自停止,濕法腐蝕,微機械主要是以硅為主體的，硅的加工主要采用濕法腐蝕實現(xiàn) 各向同性腐蝕給出的結構呈圓球狀 各向異性腐蝕由于對面腐蝕極慢，因此腐蝕得到的表面較平坦 攙雜可以用來停止腐蝕過程，例如P+在KOH 因為在一定的電勢下，硅會產(chǎn)生陽極氧化，從而可用于腐蝕自停止,與晶向相關的腐蝕,各向同性腐蝕 所有方向的腐蝕速率是相同的 橫向腐蝕速率與縱向近似相等 腐蝕速率與掩膜邊緣無關 各向異性腐蝕 腐蝕速率與晶面有關 橫向腐蝕速率可能大于也可能小于垂直腐蝕速率，取決于掩膜版與晶 軸的夾角 掩膜邊緣與掩膜圖形決定了最終腐蝕的形狀 可以用于制造復雜的結構 若未仔細考慮，腐蝕結果會另人驚奇,硅片識別,N-型硅片（Sb, As, P） P-型軌片（B, Ga, In）,注意基本邊和二次邊,硅的各向異性腐蝕,一般情況下，腐蝕速率： (100)(110)(111) (111)晶面族是各向異性腐蝕的停止面 共有八個（111）晶面 (100)硅片上各向異性腐蝕會形成三種基本結構 V型槽 四面體錐坑 四面錐腔,硅的各向異性腐蝕,硅的各向同性和各向異性腐蝕,硅的各向異性腐蝕,硅的各向異性腐蝕-凸角和凹角,各向異性濕法腐蝕 凸角過腐蝕 凹角腐蝕停止在111交面,各向異性腐蝕例,典型腐蝕坑,各向異性硅腐蝕液,堿性腐蝕液，例如KOH, NaOH等，腐蝕 可以得到較平滑的表面。在腐蝕液中加如異丙醇可以增加(100)和(111)的腐蝕速率比。腐蝕Al, 有點腐蝕SiO2，基本不腐蝕nitride EDP腐蝕液：和KOH類似，但有毒。不腐 蝕金屬（在某些情況下包含Al）和SiO2 TMAH腐蝕液：和EDP類似但無毒，在某些情況下包含Al，不腐蝕SiO2, ,EDP腐蝕-1,乙二氨，鄰苯二酚，水 Ethylene Diamine Pyrocatechol 或稱為：EPW （Ethylene Diamine Pyrocatechol Water) EDP腐蝕采用的掩膜材料：SiO2, Si3N4, Au, Cr, Ag, Cu, Ta; 會腐蝕Al 晶向選擇性： （111）： （100） 1：35 （100）硅的典型腐蝕速率： 70C 14um/hr 80C 20um/hr 90C 30um/hr 97C 36um/hr,EDP 腐蝕-2,典型配方: 1L 乙二氨，NH2-CH2-CH2-NH2 160g 鄰苯二酚， C6H4(OH)2 6g , C4H4N2 133mL H2O 乙二氨的離化 NH2(CH2)2NH2+H2ONH2(CH2)2NH3+ +OH- 硅的氧化和水的減少 - Si +2OH- +4H2O Si(OH)62- +2H2,EDP 腐蝕-3,需要回流冷凝裝置以保證濃度的穩(wěn)定 與MOS和CMOS工藝完全不兼容 專門容器回收 會銹任何金屬 腐蝕表面會留下一層棕色的，難以去除 EDP對凸角的腐蝕比其它任何各向異性腐蝕液都快 常用于釋放懸臂梁結構 腐蝕表面較光滑,EDP腐蝕-4,EDP腐蝕會產(chǎn)生Si(OH)4的淀積，在Al壓焊點上產(chǎn)生Al(OH)3 Moser的腐蝕后處理： 20 sec, DI water rinse 120 sec. Dip in 5% (抗壞血酸)ascorbic acid and H2O 120 sec, rinse in DI water 60 sec. Dip in (己烷)hexane, C6H14,TMAH腐蝕,Tetra Methyl Ammonium Hydroxide 四甲基氫氧氨 MOS和CMOS 兼容 - 無堿性金屬存在 - 對SiO2和Al 腐蝕不明顯 晶向選擇性： （111）：（100） 1：10 -1：35 典型配方 - 250mL TMAH (25% Aldrich) - 375mL Water - 22g Silicon dust - 90C etching - 1um/min in etching rate,硅的聯(lián)氨腐蝕,也是各向異性腐蝕 典型配方 100mL N2H4 100mL H2O 2 um/min, 100C 聯(lián)氨腐蝕很危險 威力很強的還原劑（火箭燃料） 易燃液體 易自燃-N2H4+H2O2N2+H2O (爆炸),電化學腐蝕效應-1,電化學腐蝕效應-2,HF通常腐蝕SiO2, 不腐蝕Si 通過正向偏置硅，空穴可以通過外部電路注入以氧化硅，進而被HF溶解 可以用Si3N4做掩膜，是拋光腐蝕 如果采用濃HF（48%HF）腐蝕，硅在腐蝕過程中不會完全氧化，最終形成棕色的多空硅,電化學腐蝕效應-3,電化學腐蝕效應-4,硅片的偏置電壓超過OCP，空穴增加氧化加快腐蝕速率增加 若偏置電壓進一步增加至鈍化勢PP，SiO2將形成 硅表面鈍化，腐蝕停止 HF/H2O溶液不顯示PP，因HF腐蝕S iO2,電化學腐蝕例,用標準CMOS工藝，形成隔離的單晶硅島 用“開”掩膜版留下硅區(qū) 采用適當?shù)腡MAH腐蝕液，使暴露的鋁不被腐蝕 N阱偏置電壓大于PP，使N阱不被腐蝕,硅各向同性腐蝕,腐蝕過程包括： - 反應物到表面的輸運 - 表面反應 - 反應產(chǎn)物從表面的移走 腐蝕受輸運/擴散，或表面反應速率的限制 在任何濕法腐蝕中的關鍵因素： - 氧化劑 （例如H2O2, HNO3) - 能溶解氧化表面的酸 （HF） - 輸送反應物的媒介 （H2O， CH3COOH）,氧化還原反應,腐蝕是一種電化學過程 氧化是電子失去的過程， 還原則是電子增加的過程； 氧化還原反應：兩種反應的競爭,硅的HNA腐蝕-1,HF+HNO3+CH3COOH 各向同性腐蝕 總體反應： Si+HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2 腐蝕過程是硅的氧化然后被HF溶解的過程 硅表面點隨即變成氧化或還原點；類似于電化學電池,硅的HNA腐蝕-2,硅在陽極附近失去電子轉為強氧化態(tài)： - Si0+h2+Si2+ 在陰極的NO2不斷減少以產(chǎn)生空穴： 2NO22NO2- +2h+ 硅和OH-反應生成SiO2: Si2+2(OH)- Si(OH)2- +2SiO2+H2 SiO2被HF溶解形成H2SiF6： SiO2+6HFH2SiF6+2HO2,硅的HNA腐蝕-3,硝酸的作用 在水中正常溶解：HNO3HNO3- +H+ 自催化以形成壓硝酸和空穴 HNO2+HNO3N2O4+H2O N2O4+HNO22NO2-+2h+ 2NO2-+2h+2HNO2 腐蝕劑必須到表面才能和膜反應或腐蝕 運動到表面的方式將影響到選擇比, 過刻, 和均勻性 NO2是硅的有效氧化劑,硅的HNA腐蝕-4,醋酸的作用 常用水代替CH3COOH 醋酸的電絕緣常數(shù)比水低 CH3COOH 6.15 H2O 81 減少了硝酸的溶解，提高了氧化能力,硅的HNA腐蝕-5,硅的HNA腐蝕-6,硅的HNA腐蝕-7,區(qū)1： 高HF濃度區(qū)，腐蝕曲線平行于硝酸濃度刻度，腐蝕受硝酸控制。留下少部分氧化物 區(qū)2： 高硝酸濃度區(qū)，腐蝕曲線平行于氫氟酸濃度刻度，腐蝕受氫氟酸控制。 區(qū)3： 腐蝕受水的影響不大，當HF:HNO3=1:1時，腐蝕速率下降很快,攙雜腐蝕自停止層-1,控制腐蝕的絕對深度通常很困難 腐蝕自停止層可以用來迅速減少腐蝕速率，達到一個比較精確的控制點 硼重攙雜在硅的腐蝕中最常用 一些腐蝕液的攙雜腐蝕特性： H