硅片酸腐蚀过程中去除速率的控制

引言

IC产业中所使用的硅片需要具有良好的平整度和较低的表面缺陷。但经切割、研磨所得到的硅片往往平整度较差, 表面损伤较多, 通常会进行化学腐蚀。常用的化学腐蚀方法为酸腐蚀和碱腐蚀两种, 本文采用的是酸腐蚀的方法。

本文主要考察酸腐蚀液的配比和温度、硅片的晶向、等因素对硅片腐蚀过程的影响。

1. 腐蚀液温度对硅腐蚀速率的影响

本实验为15℃、20℃和25℃下进行的酸腐蚀速率对比实验。实验材料及条件如下:

硅片导电类型:N型;

电阻率:1-50Ω·cm

酸腐蚀液配比:V (CH3COOH) :V (HNO3) :V (HF) =1.25:2.5:1。

腐蚀时间:30s。

选取同一颗单晶的晶片共9片, 分为三组, 分别进行25℃、20℃、15℃三种不同温度下的酸腐蚀, 记录腐蚀前厚晶片的厚度, 根据硅片的厚度变化考察反应速率的快慢。将硅片的厚度变化的平均值除以时间得到平均腐蚀速率, 结果如下

从表格中可以看出, 当温度为25℃时, 速率可达0.81μm/s, 20℃时反应速率为0.73μm/s, 15℃时反应速率只有0.62μm/s。说明在较低的温度下反应速率会减慢, 较高的反应温度则有利于加快反应速率。

2. 腐蚀液配比对硅腐蚀速率的影响

本实验为硅片在两种不同配比的酸腐蚀液中的速率对比实验。实验材料及条件如下:

硅片导电类型:P型;

电阻率:1-50Ω·cm

酸腐蚀液配比:V (CH3COOH) :V (HNO3) :V (HF) =2:5:2和2:4:2。

腐蚀温度:20℃。

腐蚀时间:30 s。

选取 (110) 晶向的晶片, 分为两组, 同时进行酸腐蚀试验, 记录腐蚀前厚晶片的厚度, 根据硅片的厚度变化考察反应速率的快慢。将硅片的厚度变化的平均值除以时间得到平均腐蚀速率, 结果如下

可以看出, 当混酸溶液的配比发生改变时, 硅片的腐蚀速率也有了明显变化。HNO3和HF的比例更接近反应式中的比例时, 反应速率会增大。反应过程中, 由硝酸氧化生成的二氧化硅的量和由氢氟酸腐蚀去除的二氧化硅的量相当时, 反应速率达到最大。

3. 硅片晶向对腐蚀速率的影响

硅片的腐蚀除了酸腐蚀之外还可采用碱腐蚀。硅的碱腐蚀是一个各向异性的反应过程, 不同晶向的硅片有不同的反应速率, 主要原因为不同晶向的原子密度、化学键密度等有所差异, 硅单晶晶向如图所示

本实验为 (100) 和 (111) 的硅片酸腐蚀速率对比实验。实验材料及条件如下:

硅片导电类型:P型;

电阻率:1-50Ω·cm

酸腐蚀液配比:V (CH3COOH) :V (HNO3) :V (HF) =1.25:2.5:1。

腐蚀温度:20℃。

腐蚀时间:40 s。

选取 (100) 和 (111) 晶向的晶片各3片, 分为两组, 同时进行酸腐蚀试验, 记录腐蚀前厚晶片的厚度, 根据硅片的厚度变化考察反应速率的快慢。将硅片的厚度变化的平均值除以时间得到平均腐蚀速率, 结果如下

在混酸溶液中, 硅单晶的原子结构对腐蚀速率的影响不大, 不同晶向的硅片可以得到接近的腐蚀速率, 表明酸腐蚀是一个各向同性的反应过程。

总结

利用乙酸、硝酸和氢氟酸组成的HNA腐蚀液是一种有效的硅片腐蚀液, 可以在较短时间内腐蚀掉一层硅表面。通过调节温度、配比等条件可以改变腐蚀速率, 因此实际生产中可根据具体情况进行工艺条件的调整。由于反应是各向同性的, 因此对不同晶向的硅片都可以采用酸腐蚀的方法进行处理, 应用范围更为广泛。

摘要：本文主要介绍了使用酸腐机对硅片进行的酸腐蚀实验。通过混酸的温度和混酸中溶液的配比的改变、相同的条件下也会得到不同的腐蚀速率。硅片晶向对酸腐蚀速率基本没有影响。并为寻求以后稳定的酸腐蚀工艺奠定了基础。

关键词：酸腐蚀,硅片,HNA腐蚀

参考文献

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[2] 安静.硅片在HF/HNO3/H2O体系中酸腐蚀的研究[D];上海交通大学, 2008.

[3] 刘志刚.多晶硅太阳电池新腐蚀液的研究及其应用[D];上海交通大学, 2007.

[4] Hemingway Bruch S., Haselton H.T., 94-576[R], 1994.