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硅片腐蚀和抛光工艺的化学原理

导读: 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。

  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

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