第二章微納加工技術6濕法刻蝕

濕法刻蝕（腐蝕）腐蝕的應用

拋光器件制作掩模制作電路版制作工藝品濕法刻蝕：利用液態(tài)化學試劑或溶液通過化學反應進行刻蝕的方法干法刻蝕：主要指利用低壓放電產生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團等)與材料發(fā)生化學反應或通過轟擊等物理作用而達到刻蝕的目的濕法刻蝕的機理及階段回憶:“半導體襯底”中曾講過，切好的半導體晶片需要用化學試劑進行磨片與拋光，以獲得光滑無損的表面。這是這門課最早接觸“濕法腐蝕”

濕法腐蝕的機理及三個基本步驟（1）反應劑輸運到反應表面；（2）在表面發(fā)生化學反應；（3）反應物疏運離開表面；大多數濕法刻蝕的發(fā)生是由于被腐蝕的材料溶于溶劑中或轉變?yōu)榭扇苄曰衔锶苡诟g液中。濕法腐蝕的基本步驟濕法化學刻蝕在半導體工藝中有著廣泛應用：磨片、拋光、清洗、器件成形優(yōu)點是選擇性好、重復性好、生產效率高、設備簡單、成本低缺點是鉆蝕嚴重、對圖形的控制性較差（不能用來制作特征尺寸小于3微米的形狀）濕法刻蝕的特點濕法刻蝕實際操作中需要注意的問題

攪拌對濕法刻蝕速率的影響非常大，而攪拌程度很難人為控制。所以需要精確控制腐蝕速率的刻蝕工藝過程，要避免攪拌（即避免片子在腐蝕液中過多晃動）。溫度對濕法刻蝕速率的影響也非常大，尤其是選擇性腐蝕工藝。所以需要精確控制腐蝕速率的刻蝕工藝過程，要采用水浴的方法保持溫度的恒定。有時腐蝕過程中會產生氣體，這種氣體會形成氣泡附在晶片表面，從而阻止新的腐蝕劑向晶片表面移動。而氣泡的發(fā)生不能被預測，這個問題變得尤為嚴重。因此要根據經驗攪拌片子。

難以發(fā)覺的光刻膠浮渣會阻礙濕法刻蝕的進行。通過充分曝光和完全顯影來解決。腐蝕時間通過實驗確定后。一定要保證正式片子腐蝕過程中的工藝條件（溫度、是否攪拌、時間、腐蝕液的PH值等）同試片完全一致。注意：t時間的腐蝕量不等于t1時間的腐蝕量和t2時間的腐蝕量之和（t=t1+t2）。即一定要避免腐蝕時間中斷。同一個晶片上的不同點在腐蝕液中的腐蝕速率會有所不同。幾種常見的腐蝕液HF的水溶液用來腐蝕二氧化硅。常用的腐蝕液配比有6:1、10:1、20:1。該腐蝕液對熱氧化形成的二氧化硅的腐蝕速率要慢于淀積形成的二氧化硅。腐蝕速率隨著二氧化硅中摻雜（如磷硅玻璃、硼硅玻璃）含量的增加而增加。該腐蝕液對二氧化硅與硅有著極高的選擇比(100:1)。該腐蝕液對二氧化硅的腐蝕是完全各向同性的。

二氧化硅的整個腐蝕過程可以表示為：反應消耗HF，故反應速率將隨著時間降低。為了避免該現象，通常兌入一定的氟化氨作為緩沖HF（bufferedHF，BHF），通過分解反應，來維持HF有著恒定的濃度。另外，BHF也能維持腐蝕液的PH值，減小對光刻膠的損傷。因而實際實驗中多見BHF。HF、HNO3和水的混合物用來腐蝕Si。原理：采用強的氧化劑HNO3對硅氧化，同時利用HF去除二氧化硅。整個反應如下：

通常用乙酸而不是水來做稀釋劑來降低腐蝕速率。

熱磷酸用來腐蝕Si3N4。溫度：140℃~200℃高選擇性：和二氧化硅的腐蝕速率比為10:1，和硅的腐蝕速率比為30:1。H2SO4+H2O2+H2O（311溶液）用來腐蝕GaAs，是一種常用的GaAs基材料（AlxGa1-xAs、InxGa1-xAs等）腐蝕液。目前有多種腐蝕劑用來腐蝕GaAs，但是很難找到真正各向同性的腐蝕液。注：對于GaAs基材料，更關心的是選擇性腐蝕液。

正臺面倒臺面下臺面上臺面光刻膠雙臺面濕法腐蝕的各向同性濕法腐蝕的各向異性

有一些腐蝕劑對半導體的某一晶面的腐蝕速度要比其它晶面快得多，這就是各項異性腐蝕。

在金剛石和閃鋅礦晶格結構中，（111）面的原子比（100）面排列更密，因此（111）面的腐蝕速度應該比（100）面小。利用KOH的水溶液與異丙醇混合對Si進行腐蝕，（100）（110）（111）面的腐蝕速率之比為100：16：1對<100>晶向硅表面進行各向異性腐蝕，可產生精確的V型槽結構，槽的側壁（111）面與（100）表面的夾角為54.7度。如果窗形窗口足夠大，或腐蝕時間較短，則形成U形槽。如果用<110〉晶向的硅片，則產生基本上是直壁的槽，側壁為（111）面濕法腐蝕的選擇性CourtesyofD.Jaeggi,SwissFederalInstituteofTechnology,Zurich,Switzerland.濕法腐蝕速度的優(yōu)勢