硅片腐蚀技巧
硅片酸蚀刻充氮气的原理
硅片酸蚀刻充氮气的原理
硅片酸蚀刻充氮气的原理是：通过在酸蚀刻的过程中充入氮气，能够有效地控制硅片表面的氧化反应，从而实现刻蚀速度的控制和表面质量的提高。
硅片酸蚀刻是一种常用的半导体加工工艺，它通过将硅片浸泡在酸性溶液中，从而使硅片表面发生腐蚀反应，进而形成所需的图形、结构或器件。
其中，酸性溶液中的氢氟酸（HF）和硝酸（HNO3）是主要的蚀刻剂，它们可以同时溶解硅和氧化硅。
但由于硅的表面会与空气中的氧反应形成一层氧化硅（SiO2），这会导致表面的蚀刻速度减慢、蚀刻均匀性变差以及表面质量降低等问题。
因此，为了解决这些问题，研究者们将氮气引入蚀刻液中，来确保硅片表面与氧气的接触量最小，从而控制蚀刻速度和提高表面质量。
在酸蚀刻中，氮气可以发挥以下作用：
1. 保护硅片表面不受氧化：氮气可以形成一层氮气气泡，覆盖在硅片的表面，从而防止氧到时进入硅片表面，保护硅片不受氧化。
2. 保持酸性稳定：氮气能够稳定酸性液体，从而提高蚀刻速率和均匀性。
3. 均匀分布氢氧化物离子：氮气通过强制翻动酸蚀刻槽中的溶液，帮助氢氧化物离子均匀地分布在硅表面，并加速蚀刻速度。
总之，通过充入氮气来控制酸蚀刻液中的氧气浓度，可以有效提高硅片酸蚀刻的精度和效率。
在实际的半导体加工过程中，氮气在酸蚀刻中扮演着重要的角色，对于确保加工质量和降低成本具有极为重要的意义。
硅片酸蚀刻氮气的原理
硅片酸蚀刻氮气的原理
硅片酸蚀刻是半导体工艺中的一项重要步骤，也是制备微电子器件的关键技术之一。
氮气在硅片酸蚀刻过程中起到了重要的作用，下面我们来了解一下它的原理。
硅片酸蚀刻是利用酸性溶液对硅片表面进行腐蚀，从而实现对硅片表面形貌和结构的精细控制。
酸性溶液中的氢离子可以与硅表面的氧原子形成化学键，从而使硅表面发生腐蚀。
但是，酸性溶液中的氢离子对硅表面的反应速率较慢，而且会产生大量的氢气，容易形成气泡，影响腐蚀质量。
氮气在硅片酸蚀刻过程中被用来代替水，起到了抑制氢气生成的作用。
具体地说，氮气可以和酸性溶液中的氢离子反应生成氮氧化物，而不会产生氢气。
氮氧化物可以较快地与硅表面反应，促进酸性溶液对硅表面的腐蚀。
此外，氮气还可以形成一个氮气垫，抵消硅表面的静电作用，保证硅表面的均匀腐蚀。
所以，硅片酸蚀刻中添加氮气可以有效地抑制氢气的产生，提高腐蚀质量和均匀性。
同时，氮气还可以促进酸性溶液对硅表面的腐蚀反应，加速刻蚀速率。
这些都是氮气在硅片酸蚀刻过程中起到的重要作用。
- 1 -。
第4讲 清洗与湿法腐蚀
硅湿法腐蚀-单晶硅特性
硅湿法腐蚀-单晶硅特性
硅湿法腐蚀-单晶硅特性
• (abc) is any plane perpendicular to the [abc] vector • [abc] in a cubic crystal is just a direction vector • (…)/[…] indicate a specific plane/direction • {…}/<…> indicate equivalent planes/direction Angles between directions can be determined by scalar product: the angle between [abc] and [xyz] is given by ax+by+cz = |(a,b,c)|×|(x,y,z)|×cos(theta)
标准清洗-去除有机物清洗技术
硫酸＋双氧水(Piranha) 在进行RCA清洗之前，若是硅片表面沾附有机物污染， 会造成疏水 性（ hydrophobic ）表面，使后续的 RCA 清洗步骤效率降低。有机 物污染可藉由H2SO4/H2O2 (硫酸/双氧水)按4:1比例的混合液加温至 120-130 ℃去除。硫酸可以造成有机物使脱水而碳化，而双氧水可 将碳化产物氧化成一氧化碳或二氧化碳气体。
标准清洗-污染来源
污染物主要来源于以下几个方面 硅片盒 硅片操作 工艺设备 空气 衣服 电荷积聚 分为以下五类 颗粒污染 金属杂质 有机物污染 原生氧化层 静电电荷
光刻胶或其它有机物 家具 金属腐蚀 溶剂和化学试剂 操作人员
标准清洗-污染来源
颗粒污染
在半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸应该小于最小器件特征 尺寸的一半。对于64-k的DRAM器件，可以忍受0.25um直径的 颗粒，但对于 4-M的DRAM器件, 只能容许 0.05um直径的颗 粒污染。 典型颗粒的直径:
硅的腐蚀
A world’s Leading Vertically-integrated PV Manufacturer
17
HF-HNO3腐蚀速度的分析 HF-HNO3腐蚀速度的分析 当硝酸过量时，氢氟酸少量的变化能明显改变 硅片的腐蚀速度。反应过程中硅片表面始终 覆盖着氧化膜，即使硝酸浓度有少量变化， 仍有足量的硝酸氧化硅表面，硝酸含量的减 小只能使氧化膜变得纤细。硅片腐蚀速度决 定于HF酸与氧化膜的接触速率即氢氟酸从溶 液中扩散到硅片表面的速率决定。
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理 HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
第二步氧化物的溶解过程
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理 HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
硅在体系中反应的总公式:
A world’s Leading Vertically-integrated PV Manufacturer
14
HF-HNO3腐蚀速度的分析 HF-HNO3腐蚀速度的分析
A world’s Leading Vertically-integrated PV Manufacturer
15
HF-HNO3腐蚀速度的分析 HF-HNO3腐蚀速度的分析
A world’s Leading Vertically-integrated PV Manufacturer
18
各种反应条件对腐蚀反应的影响 1、添加剂的影响 a、常用的添加剂是水和冰醋酸，二者 主要是稀释反应物质浓度。水的加入主 要降低了硝酸的浓度，从而减小了酸液 对硅片的氧化能力。当用冰醋酸做稀释 剂时，降低了硝酸的电离度，降低了反 应速度。
10
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理 HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
Wetetching湿法腐蚀技术
秦明
搀杂腐蚀自停止层-2
微机械加工技术
秦明
搀杂腐蚀自停止层-3
微机械加工技术
秦明
– 在水中正常溶解：HNO3HNO3- +H+ – 自催化以形成压硝酸和空穴
HNO2+HNO3N2O4+H2O N2O4+HNO22NO2-+2h+ 2NO2-+2h+2HNO2 – 腐蚀剂必须到表面才能和膜反应或腐蚀 – 运动到表面的方式将影响到选择比, 过刻, 和均匀性
• NO2是硅的有效氧化剂
• EDP腐蚀会产生Si(OH)4的淀积，在Al压焊点上 产生Al(OH)3
• Moser的腐蚀后处理：
– 20 sec, DI water rinse – 120 sec. Dip in 5% (抗坏血酸)ascorbic acid and
H2O – 120 sec, rinse in DI water – 60 sec. Dip in (己烷)hexane, C6H14
微机械加工技术
秦明
电化学腐蚀效应-2
• HF通常腐蚀SiO2, 不腐蚀Si • 通过正向偏置硅，空穴可以通过外部电路注入以氧化硅，
进而被HF溶解 • 可以用Si3N4做掩膜，是抛光腐蚀 • 如果采用浓HF（48%HF）腐蚀，硅在腐蚀过程中不会完全
氧化，最终形成棕色的多空硅
微机械加工技术
秦明
电化学腐蚀效应-3
• 用“开”掩膜版留下硅区
• 采用适当的TMAH腐蚀液，使暴露 的铝不被腐蚀
• N阱偏置电压大于PP，使N阱不被 腐蚀
微机械加工技术
秦明
硅各向同性腐蚀
• 腐蚀过程包括： - 反应物到表面的输运 - 表面反应 - 反应产物从表面的移走
硅片酸腐蚀与碱腐蚀工艺比较
硅片表面残留的微粒
金属污染程度(Cu\Ni)
表面腐蚀斑点残留印痕
腐蚀液槽的使用寿命 加工成本 环境保护处理
需要依靠晶片的旋转、 特制的 夹具、 通气体充分搅拌腐蚀液 表面平坦度 （STIR\TIR\TTV） 等特殊机构及工艺手段来改 善其表面平坦度 腐蚀后表面粗糙度（Ra） 比碱腐蚀工艺小， 与晶片原有 的损伤程度有关 原先就已存在于晶片表面上 的微粒就难去掉， 较低的表面 粗糙度不容易吸附微粒 腐蚀液的纯度比较高， 腐蚀温 度较低，金属扩散程度小 晶片从腐蚀液转移到水中时 间必须小于 0.6s，才能有效 防止斑痕的产生， 较低电阻率 的晶片比较容易产生斑痕 比较短 所用化学试剂比碱腐蚀用化 学试剂费用约贵 2 倍左右 环保处理相对比较复杂
硅片酸腐蚀与碱腐蚀工艺比较
参数 腐蚀特性 腐蚀反应的热量 酸腐蚀工艺 各向同性 放热 碱腐蚀工艺 各向异性 吸热 不需要特殊机构便可达到一 定的表面平坦度 比酸腐蚀工艺大， 与晶片原有 的损伤程度有关 原先就已存在于晶片表面上 的微粒容易去掉， 较差的表面 粗糙度容易吸附微粒 腐蚀液的纯度比较差， 腐蚀温 度高，金属扩散程度大， （111）晶向比（100）晶向 严重 晶片从腐蚀液转移， 与晶片的电 阻率无关 比较长 所用化学试剂费用较便宜 环保处理相对比较容易
硅片酸腐蚀与碱腐蚀工艺比较参数酸腐蚀工艺碱腐蚀工艺腐蚀特性腐蚀反应的热量各向同性各向异性放热吸热表面平坦度stirtirttv需要依靠晶片的旋转特制的夹具通气体充分搅拌腐蚀液等特殊机构及工艺手段来改善其表面平坦度不需要特殊机构便可达到一定的表面平坦度腐蚀后表面粗糙度ra比碱腐蚀工艺小与晶片原有的损伤程度有关比酸腐蚀工艺大与晶片原有的损伤程度有关硅片表面残留的微粒原先就已存在于晶片表面上的微粒就难去掉较低的表面粗糙度不容易吸附微粒原先就已存在于晶片表面上的微粒容易去掉较差的表面粗糙度容易吸附微粒金属污染程度cuni腐蚀液的纯度比较高腐蚀温度较低金属扩散程度小腐蚀液的纯度比较差腐蚀温度高金属扩散程度大111晶向比100晶向严重表面腐蚀斑点残留印痕晶片从腐蚀液转移到水中时间必须小于06s才能有效防止斑痕的产生较低电阻率的晶片比较容易产生斑痕晶片从腐蚀液转移到水中的时间必须小于2s才能有效防止斑痕的产生与晶片的电阻率无关腐蚀液槽的使用寿命比较短比较长加工成本所用化学试剂比碱腐蚀用化学试剂费用约贵2倍左右所用化学试剂费用较便宜环境保护处理环保处理相对比较复杂环保处理相对比较容易
硅片酸腐蚀与碱腐蚀工艺比较
需要依靠晶片的旋转、 特制的 夹具、 通气体充分搅拌腐蚀液 表面平坦度 （STIR\TIR\TTV） 等特殊机构及工艺手段来改 善其表面平坦度 腐蚀后表面粗糙度（Ra） 比碱腐蚀工艺小， 与晶片原有 的损伤程度有关 原先就已存在于晶片表面上 的微粒就难去掉， 较低的表面 粗糙度不容易吸附微粒 腐蚀液的纯度比较高， 腐蚀温 度较低，金属扩散程度小 晶片从腐蚀液转移到水中时 间必须小于 0.6s，才能有效 防止斑痕的产生， 较低电阻率 的晶片比较容易产生斑痕 比较短 所用化学试剂比碱腐蚀用化 学试剂费用约贵 2 倍左右 环保处理相对比较复杂
硅片表面残留的微粒
金属污染程度(Cu\Ni)
表面腐蚀斑点残留印痕
腐蚀液槽的使用寿命 加工成本 环境保护处理
硅片酸腐蚀与碱腐量 酸腐蚀工艺 各向同性 放热 碱腐蚀工艺 各向异性 吸热 不需要特殊机构便可达到一 定的表面平坦度 比酸腐蚀工艺大， 与晶片原有 的损伤程度有关 原先就已存在于晶片表面上 的微粒容易去掉， 较差的表面 粗糙度容易吸附微粒 腐蚀液的纯度比较差， 腐蚀温 度高，金属扩散程度大， （111）晶向比（100）晶向 严重 晶片从腐蚀液转移到水中的 时间必须小于 2s，才能有效 防止斑痕的产生， 与晶片的电 阻率无关 比较长 所用化学试剂费用较便宜 环保处理相对比较容易
湿法清洗及腐蚀实用实用工艺
湿法清洗及湿法腐蚀目录一：简介二：基本概念三：湿法清洗四：湿法腐蚀五：湿法去胶六：在线湿法设备及湿法腐蚀异常简介七．常见工艺要求和异常一：简介众所周知，湿法腐蚀和湿法清洗在很早以前就已在半导体生产上被广泛接受和使用，许多湿法工艺显示了其优越的性能。
伴随IC集成度的提高,硅片表面的洁净度对于获得IC器件高性能和高成品率至关重要, 硅片清洗也显得尤为重要.湿法腐蚀是一种半导体生产中实现图形转移的工艺,由于其高产出,低成本,高可靠性以及有很高的选择比仍被广泛应用.二 基本概念腐蚀是微电子生产中使用实现图形转移的一种工艺，其目标是精确的去除不被MASK 覆盖 的材料，如图1：图 1腐蚀工艺的基本概念 ：E T C H R A T E (E /R ) ------腐蚀速率：是指所定义的膜被去除的速率或去除率，通常用Um/MIN ，A/MIN 为单位来表示。
E /R U N IF O R M I T Y ------ 腐蚀速率均匀性,通常用三种不同方式来表示:U N I F O R M I T Y A C R O S S T H E W A F E RW A F E R T O W A F E RL O T T O L O T腐蚀速率均匀性计算U N I F O R M I T Y =（E R H I G H - E R L O W ）/（E R H I G H + E R L O W ）*100%S E L E C T I V I T Y -------选择比是指两种膜的腐蚀速率之比,其计算公式如下:S E L A /B = （E /R A ）/（E /R B ）选择比反映腐蚀过程中对另一种材料（光刻胶或衬底）的影响，在腐蚀工艺中必须特别注意SEL ，这是实现腐蚀工艺的首要条件。
G o o d s e l e c t i v i t y P o o r s e l e c t i v i t y (U n d e r c u t )I S O T R O P Y -------各向同性：腐蚀时在各个方向上具有相同的腐蚀速率；如湿法腐蚀就是各向同性腐蚀。
氢氟酸 处理硅片
氢氟酸处理硅片
氢氟酸（HF）是一种强酸，常用于处理硅片。
在处理硅片的过程中，氢氟酸发挥着重要的作用。
硅片是一种重要的半导体材料，用于制造集成电路和其他电子器件。
然而，硅片表面通常存在着一些不纯物质和氧化物，这些杂质会影响硅片的性能。
因此，为了提高硅片的质量和纯度，需要使用氢氟酸进行处理。
在处理硅片之前，首先需要将硅片浸泡在氢氟酸中。
氢氟酸具有强腐蚀性，可以有效地去除硅片表面的杂质和氧化物。
通过与硅片表面的杂质发生化学反应，氢氟酸可以将这些杂质溶解掉，从而使硅片表面更加纯净。
氢氟酸还可以在硅片表面形成一层氟化硅（SiF）保护层。
这层保护层可以防止硅片表面再次被氧化，从而保护硅片的质量和性能。
然而，使用氢氟酸处理硅片也存在一些风险和挑战。
首先，氢氟酸是一种有毒物质，对人体和环境具有一定的危害。
因此，在使用氢氟酸进行处理时，需要采取必要的安全措施，如佩戴防护手套和眼镜，并确保在通风良好的环境中操作。
氢氟酸的浓度和处理时间也需要控制好。
如果浓度太高或处理时间太长，可能会导致硅片表面被过度腐蚀或损坏，从而影响硅片的性能和可靠性。
氢氟酸是一种重要的处理剂，用于处理硅片。
它可以去除硅片表面的杂质和氧化物，并形成保护层，提高硅片的质量和性能。
然而，在使用氢氟酸进行处理时，需要注意安全措施，并控制好处理参数，以确保处理效果和硅片的质量。
湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片
湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片湿法腐蚀硅（Wet Etching Silicon）是一种常见的制作PDMS微流控芯片的方法。
PDMS微流控芯片是一种用于生物、化学和医学领域的微流控设备，它可以实现样品的分离、混合、传输和检测等功能。
本文将介绍湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片的原理、步骤和优缺点。
湿法腐蚀硅是一种利用化学反应来去除硅表面的方法。
它基于硅与一种或多种酸性或碱性溶液之间的化学反应，通过这种反应来腐蚀掉硅表面的一部分，从而形成所需的结构。
湿法腐蚀硅可以实现微米级别的结构加工，并且可以控制结构的形状和尺寸。
制作PDMS微流控芯片的步骤如下：1.硅片准备：首先，需要准备一块晶圆硅片作为芯片的基材。
硅片的表面应该光滑而无缺陷。
2.光刻处理：将要制作的结构图案通过光刻技术转移到硅片的表面。
这一步骤主要包括：涂覆光刻胶，软烘干，光刻胶曝光，显影等操作。
3.腐蚀处理：将经过光刻处理的硅片放入腐蚀液中进行腐蚀。
不同的腐蚀液可以实现不同的效果。
腐蚀的时间、温度和腐蚀液的浓度可以控制腐蚀的速率和深度。
4.清洗和干燥：腐蚀后，需要将芯片用去离子水清洗干净，去除其中的腐蚀液和杂质。
然后，将芯片在干燥箱中加热干燥。
5.PDMS制备：将PDMS预聚物和交联剂按一定比例混合，并在真空中除气。
混合好的PDMS溶液倒入模具中，使其均匀分布。
6.PDMS表面处理：在PDMS溶液倒入模具前，可以对模具进行表面处理，例如硅化处理，以增加PDMS与模具之间的附着力。
7.PDMS硬化与剥离：将装有PDMS溶液的模具放入高温烘箱中，以使PDMS发生硬化反应。
然后，将PDMS从模具上剥离下来，得到PDMS微流控芯片。
优点：1.制作过程简单：湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片的步骤相对简单，需要的设备和材料较为常见和易得。
2.结构精度高：湿法腐蚀硅可以实现微米级别的结构加工，可以控制结构的形状和尺寸。
3.成本低廉：湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片的成本相对较低，不需要昂贵的设备和材料。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
b．在15%NaOH溶液中，温度为80℃，反应了10分钟，硅片厚度平均去掉了25μm（此数据来源于小片实验）。
硅片粗抛是放热反应且反应激烈，反应速度与温度上升有点正反馈的态势：温度高，浓度高反应就会更激烈。
新硅片由于表面粗糙，表面积大一些反应也会激烈一些。
c．由于每次投片量较大，125×125可投300片，103×103可投400片，因而反应会很激烈，通过积累可以求出在受控条件下最佳浓度和时间。
d．按照施博士的意见硅片去掉20~25μm的厚度，硅片损伤层也就去除干净了，这也可以作为检验标准。
e．本反应以125×125的硅片计，每一片每次反应去掉25μm的厚度为准，每片将消耗0.9克硅，也将消耗2.6克氢氧化钠，300片硅片将消耗780克氢氧化钠，加上溶液加热蒸气带走一部分氢氧化钠，先加上1000克氢氧化钠为宜。
f．同理，如e那样每次生成832克硅酸钠，反应槽内的溶剂以170千克计，一旦溶液出现明显白色絮状硅酸钠，就应更换氢氧化钠溶液。
g．工序3中利用氢氧化钠对硅腐蚀的各向异性，用2%氢氧化钠溶液在多晶硅表面产生反射率较低织构表面，在[100]晶向的晶粒表面上会腐蚀出金字塔体的绒面来。
多晶硅总会存在着[100]晶向的晶粒，只是多少而已。
h．溶液配比方法是采取重量百分比法，如20%氢氧化钠溶液是1000ml 纯水中加200克氢氧化钠。
三、注意事项：
1．在工序1和3中氢氧化钠溶液与硅片反应时会有碱蒸气产生，故设备运行时请关闭有机玻璃门。
2．盐酸是挥发性强酸，不不要去闻其味道。
3．氢氟酸会腐蚀玻璃，故不与玻璃器械接触，也不要去闻氢氟酸的味道。
4．如果酸或碱不小心溅入眼内或溅到脸上，请立即打开洗脸洗眼池上盖冲洗。