硅片腐蚀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。 一、硅片腐蚀工艺的化学原理 硅表面的化学腐蚀一般采纳湿法腐蚀，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，采纳 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。 二、 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。现在一般采纳化学-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 铜离子抛光液由氯化铜、氟化铵和水,一般以质量比60:26:1000 组成,调节 PH=5.8 左右,或者以质量比80:102.8:1000，其反应原理如下： Si+2CuCl2+6NH4F=（NH4）2[SiF6]+4NH4Cl+2Cu 铜离子抛光一般在酸性（pH 为 5～6）条件下进行，当 pH﹥7 时，反应终止，这是因为 pH=7 时铜离子与氨分子生成了稳定的络合物-铜氨络离子，这时铜离子大大减少，抛光作用停止了。抛光反应速度很快，为防止发生腐蚀，取片时不能在表面残留抛光液，应立即进行水抛，也可以在取片前进行稀硝酸漂洗，可以再洗一次，防止铜离子污染。 2.铬离子抛光铬离子抛光液由三氧化二铬、重铬酸铵和水一...