各向同性濕法腐蝕

濕法腐蝕單擊這里添加副標題2Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【目錄頁】濕法腐蝕的基礎(chǔ)知識1各向同性濕法腐蝕的原理2各向同性濕法腐蝕的應用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）負載效應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硅片上，或整個一批，或批與批之間刻蝕能力的參數(shù)。難點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，或微負載效應7Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【濕法腐蝕的影響因素】1.刻蝕劑濃度(Concentration)2.刻蝕時間(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：彌補腐蝕氧化物過程中氟離子的損耗和降低對膠的腐蝕速率實際用例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理】MigrationofReactantsChemicalReactionorElectrochemicalReaction

Movementofbyproduct刻蝕過程包括三個步驟：反應物質(zhì)量輸運（Masstransport）到要被刻蝕的表面在反應物和要被刻蝕的膜表面之間的反應反應產(chǎn)物從表面向外擴散的過程改變表面形貌的兩個主要因素：1、氣體和固體副產(chǎn)物作為遮蓋層（mask），會限制反應物的吸收（adsorption）和反應產(chǎn)物的解吸附（desorption）2、質(zhì)量輸運效應（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，就會使被腐蝕表面變得粗糙質(zhì)量輸運效應

(Mass-transportEffect)如果整個表面反應過程（包括反應物的吸附，表面反應和反應產(chǎn)物的解吸附）的速率明顯比整個反應物向表面輸運或反應產(chǎn)物離開表面的輸運過程快，就可以實現(xiàn)化學拋光。

當質(zhì)量運輸過程主導整個腐蝕速率時，在硅表面會形成一個濃度邊界層（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的動力學速率（kineticrate）足夠大，存在質(zhì)量輸運效應，幾乎都是各向同性氧化和溶解的動力學速率都很低，為實現(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硅進行氧化的化學成分（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。

反應過程為：第一步第二步總的反應方程式腐蝕過程中，氫氣和NOx氣體都會釋放出去。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)量輸運效應會影響整個腐蝕速率，氣泡狀覆蓋物可以使表面粗糙。然而，通過認真選擇腐蝕劑和腐蝕設(shè)備，質(zhì)量輸運效應可以被用來化學拋光（Chemicallypolish）硅晶圓。表面粗糙度對半導體晶圓過程來說是不利的，因為這意味著需要額外的表面拋光去除工藝；然而，它對太陽能晶圓來說可以減小反射，這是一個有利因素。24Copyright?2012AndyGuo.Allrightsreserved。

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

第一步制備表面堅膜（hardmask）第二步復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驗結(jié)果對比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)該實驗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)的復制技術(shù)制備復合材料的微透鏡。這種模具具有優(yōu)良的表面平整度，好的均勻性和可重復性。

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