硅片腐蚀和抛光工艺的化学原理

2012-06-02 08:53

　　在半导体材料硅的表面清洁处理，硅片机械加工后表面损伤层的去除、直接键合硅片的减薄、硅中缺陷的化学腐蚀等方面要用到硅的化学腐蚀过程。下面讨论硅片腐蚀工艺的化学原理和抛光工艺的化学原理。

　　硅片腐蚀工艺的化学原理

　　硅表面的化学腐蚀一般采用湿法腐蚀，硅表面腐蚀形成随机分布的微小原电池，腐蚀电流较大，一般超过100A/cm2，但是出于对腐蚀液高纯度和减少可能金属离子污染的要求，目前主要使用氢氟酸（HF），硝酸（HNO3）混合的酸性腐蚀液，以及氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）等碱性腐蚀液。现在主要用的是HNO3-HF 腐蚀液和NaOH 腐蚀液。下面分别介绍这两种腐蚀液的腐蚀化学原理和基本规律。

　　1.HNO3-HF 腐蚀液及腐蚀原理

　　通常情况下，硅的腐蚀液包括氧化剂（如HNO3）和络合剂（如HF）两部分。其配置为：浓度为70%的HNO3 和浓度为50%的HF 以体积比10～2:1，有关的化学反应如下：

　　3Si+4HNO3=3SiO2↓+2H2O+4NO↑

　　硅被氧化后形成一层致密的二氧化硅薄膜，不溶于水和硝酸，但能溶于氢氟酸，这样腐蚀过程连续不断地进行。有关的化学反应如下：

　　SiO2+6HF=H2［SiF6］+2H2O

　　2.NaOH 腐蚀液

　　在氢氧化钠化学腐蚀时，采用10％～30％的氢氧化钠水溶液，温度为 80～90℃，将硅片浸入腐蚀液中，腐蚀的化学方程式为

　　Si＋H2O+2 NaOH =Na2SiO3+2H2↑

　　对于太阳电池所用的硅片化学腐蚀，从成本控制，环境保护和操作方便等因素出发，一般用氢氧化钠腐蚀液腐蚀深度要超过硅片机械损伤层的厚度，约为20～30um。

　　抛光工艺的化学原理

　　抛光分为两种：机械抛光和化学抛光，机械抛光速度慢，成本高，而且容易产生有晶体缺陷的表面。现在一般采用化学-机械抛光工艺，例如铜离子抛光、铬离子抛光和二氧化硅-氢氧化钠抛光等。

　　1. 铜离子抛光