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硅片腐蝕和拋光工藝的化學(xué)原理

2012-06-02 08:53

　　在半導(dǎo)體材料硅的表面清潔處理，硅片機械加工后表面損傷層的去除、直接鍵合硅片的減薄、硅中缺陷的化學(xué)腐蝕等方面要用到硅的化學(xué)腐蝕過程。下面討論硅片腐蝕工藝的化學(xué)原理和拋光工藝的化學(xué)原理。

　　硅片腐蝕工藝的化學(xué)原理

　　硅表面的化學(xué)腐蝕一般采用濕法腐蝕，硅表面腐蝕形成隨機分布的微小原電池，腐蝕電流較大，一般超過100A/cm2，但是出于對腐蝕液高純度和減少可能金屬離子污染的要求，目前主要使用氫氟酸（HF），硝酸（HNO3）混合的酸性腐蝕液，以及氫氧化鉀（KOH）或氫氧化鈉（NaOH）等堿性腐蝕液�，F(xiàn)在主要用的是HNO3-HF 腐蝕液和NaOH 腐蝕液。下面分別介紹這兩種腐蝕液的腐蝕化學(xué)原理和基本規(guī)律。

　　1.HNO3-HF 腐蝕液及腐蝕原理

　　通常情況下，硅的腐蝕液包括氧化劑（如HNO3）和絡(luò)合劑（如HF）兩部分。其配置為：濃度為70%的HNO3 和濃度為50%的HF 以體積比10～2:1，有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)如下：

　　3Si+4HNO3=3SiO2↓+2H2O+4NO↑

　　硅被氧化后形成一層致密的二氧化硅薄膜，不溶于水和硝酸，但能溶于氫氟酸，這樣腐蝕過程連續(xù)不斷地進行。有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)如下：

　　SiO2+6HF=H2［SiF6］+2H2O

　　2.NaOH 腐蝕液

　　在氫氧化鈉化學(xué)腐蝕時，采用10％～30％的氫氧化鈉水溶液，溫度為 80～90℃，將硅片浸入腐蝕液中，腐蝕的化學(xué)方程式為

　　Si＋H2O+2 NaOH =Na2SiO3+2H2↑

　　對于太陽電池所用的硅片化學(xué)腐蝕，從成本控制，環(huán)境保護和操作方便等因素出發(fā)，一般用氫氧化鈉腐蝕液腐蝕深度要超過硅片機械損傷層的厚度，約為20～30um。

　　拋光工藝的化學(xué)原理

　　拋光分為兩種：機械拋光和化學(xué)拋光，機械拋光速度慢，成本高，而且容易產(chǎn)生有晶體缺陷的表面。現(xiàn)在一般采用化學(xué)-機械拋光工藝，例如銅離子拋光、鉻離子拋光和二氧化硅-氫氧化鈉拋光等。

　　1. 銅離子拋光