各向同性濕法腐蝕

濕法腐蝕單擊這里添加副標(biāo)題2Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【目錄頁(yè)】濕法腐蝕的基礎(chǔ)知識(shí)1各向同性濕法腐蝕的原理2各向同性濕法腐蝕的應(yīng)用33Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【刻蝕參數(shù)】刻蝕速率刻蝕偏差刻蝕剖面殘留物選擇比均勻性4Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【刻蝕速率】指在刻蝕過程中去除硅片表面材料的速度，通常用

/min表示?？涛g速率=ΔT/t

（/min）負(fù)載效應(yīng)5Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【刻蝕偏差】指刻蝕以后線寬或關(guān)鍵尺寸間距的變化?？涛g偏差=Wb-Wa6Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【均勻性】刻蝕均勻性是用于衡量刻蝕工藝在整個(gè)硅片上，或整個(gè)一批，或批與批之間刻蝕能力的參數(shù)。難點(diǎn)在于刻蝕工藝必須在刻蝕具有不同圖形密度的硅片工藝中保持均勻性深寬比相關(guān)刻蝕，或微負(fù)載效應(yīng)7Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【濕法腐蝕的影響因素】1.刻蝕劑濃度(Concentration)2.刻蝕時(shí)間(Time)3.刻蝕劑溫度(Temperature)4.刻蝕方式，例如Spray，Dip等方式5.晶面方向（CrystallographicOrientation）8Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【典型薄膜的濕法腐蝕】1、SiO2采用HF腐蝕BOE：bufferedoxideetching或BHF:bufferedHF加入NH4F緩沖液：彌補(bǔ)腐蝕氧化物過程中氟離子的損耗和降低對(duì)膠的腐蝕速率實(shí)際用例2：Si采用HNO3和HF腐蝕（HNA）首先然后所以，總方程式是在該腐蝕劑中加入醋酸，可以限制硝酸的離解。各向同性濕法腐蝕例3：Si采用KOH腐蝕Si+2OH-+4H2O

Si(OH)2+++2H2+4OH-硅濕法腐蝕由于晶向而產(chǎn)生的各向異性腐蝕各向異性各向異性濕法腐蝕13Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【各向同性施法腐蝕機(jī)理】MigrationofReactantsChemicalReactionorElectrochemicalReaction

Movementofbyproduct刻蝕過程包括三個(gè)步驟：反應(yīng)物質(zhì)量輸運(yùn)（Masstransport）到要被刻蝕的表面在反應(yīng)物和要被刻蝕的膜表面之間的反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物從表面向外擴(kuò)散的過程改變表面形貌的兩個(gè)主要因素：1、氣體和固體副產(chǎn)物作為遮蓋層（mask），會(huì)限制反應(yīng)物的吸收（adsorption）和反應(yīng)產(chǎn)物的解吸附（desorption）2、質(zhì)量輸運(yùn)效應(yīng)（mass-transporteffect）氣體和固體副產(chǎn)物作為掩蓋層（mask）如果掩蓋物的尺寸較大，就會(huì)使被腐蝕表面變得粗糙質(zhì)量輸運(yùn)效應(yīng)

(Mass-transportEffect)如果整個(gè)表面反應(yīng)過程（包括反應(yīng)物的吸附，表面反應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物的解吸附）的速率明顯比整個(gè)反應(yīng)物向表面輸運(yùn)或反應(yīng)產(chǎn)物離開表面的輸運(yùn)過程快，就可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)拋光。

當(dāng)質(zhì)量運(yùn)輸過程主導(dǎo)整個(gè)腐蝕速率時(shí)，在硅表面會(huì)形成一個(gè)濃度邊界層（concentrationboundarylayer）。

濕法腐蝕分類各向同性濕法腐蝕各向異性濕法腐蝕酸性腐蝕堿性腐蝕反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)速率（kineticrate）足夠大，存在質(zhì)量輸運(yùn)效應(yīng)，幾乎都是各向同性氧化和溶解的動(dòng)力學(xué)速率都很低，為實(shí)現(xiàn)良好的腐蝕，腐蝕液常要加熱。幾乎都是各向異性酸性腐蝕系統(tǒng)（Acidetchsystem）首先然后酸性腐蝕劑由對(duì)硅進(jìn)行氧化的化學(xué)成分（如HNO3）和溶解二氧化硅的氫氟酸組成。另外，添加其他的酸性溶液以稀釋改變粘度（調(diào)節(jié)質(zhì)量傳遞阻力）。

最常用的是硝酸和氫氟酸的混合液,其中也包含水或醋酸作為稀釋劑。

反應(yīng)過程為：第一步第二步總的反應(yīng)方程式腐蝕過程中，氫氣和NOx氣體都會(huì)釋放出去。但在離開表面之前，這些氣體產(chǎn)物都作為掩蓋物，可以使被腐蝕表面形貌變得粗糙。

總結(jié)酸性腐蝕大多數(shù)是各向同性的，質(zhì)量輸運(yùn)效應(yīng)會(huì)影響整個(gè)腐蝕速率，氣泡狀覆蓋物可以使表面粗糙。然而，通過認(rèn)真選擇腐蝕劑和腐蝕設(shè)備，質(zhì)量輸運(yùn)效應(yīng)可以被用來化學(xué)拋光（Chemicallypolish）硅晶圓。表面粗糙度對(duì)半導(dǎo)體晶圓過程來說是不利的，因?yàn)檫@意味著需要額外的表面拋光去除工藝；然而，它對(duì)太陽(yáng)能晶圓來說可以減小反射，這是一個(gè)有利因素。24Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【各向同性濕法腐蝕應(yīng)用】硅的各向同性腐蝕技術(shù)制備球面微透鏡微透鏡優(yōu)點(diǎn)：其體積小、重量輕、便于集成化、陣列化等應(yīng)用：微透鏡陣列在微光學(xué)系統(tǒng)中有著重要而廣泛的應(yīng)用，如可用于光信息處理、光計(jì)算、光互連、光數(shù)據(jù)傳輸、生成二維點(diǎn)光源，也可用于復(fù)印機(jī)、圖像掃描儀、傳真機(jī)、照相機(jī)，以及醫(yī)療衛(wèi)生器械中。

硅晶圓模具（wafer-scalemold）的制備硅的各向同性施法腐蝕技術(shù)可以制作出很好的球度（sphericity），較小的表面粗糙度（surfaceroughness）和優(yōu)異的均勻度（uniformity）的球形孔洞。

制作球面模具的原理圖

第一步制備表面堅(jiān)膜（hardmask）第二步復(fù)制掩膜版的圖案第三步濕法腐蝕制備球形腐蝕腔第四步移除表面遮蔽層實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比a）腐蝕1min，直徑120μm孔洞形成的腐蝕腔有效直徑是126.7μm，其深度為5.7μmb）腐蝕20min，直徑100μm孔洞形成的腐蝕腔有效直徑為155.7μm，而深度為46μm腐蝕45min后，a）遮蓋層孔洞直徑和腐蝕腔深度的關(guān)系b）遮蓋層孔洞直徑和模具直徑的關(guān)系

圖三.3英寸的硅片上制備了25個(gè)不同尺寸的模具陣列圖四.直徑為116.7μm球形模具的掃描電鏡圖總結(jié)該實(shí)驗(yàn)研究了用各向同性濕法腐蝕技術(shù)制備半球形的硅模具。使用這些模具這些模具可以通過傳統(tǒng)的復(fù)制技術(shù)制備復(fù)合材料的微透鏡。這種模具具有優(yōu)良的表面平整度，好的均勻性和可重復(fù)性。

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