湿法刻蚀技术a课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《湿法刻蚀技术a课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 湿法 刻蚀 技术 课件
- 资源描述:
-
1、n 湿法刻蚀技术湿法刻蚀技术 a各向同性刻蚀各向同性刻蚀 b各向异性刻蚀各向异性刻蚀n LIGA工艺工艺 n 牺牲层技术牺牲层技术 硅的各向同性刻蚀硅的各向同性刻蚀 (湿法湿法) 湿法刻蚀是微系统中材料去除技术的一种,尤其在湿法刻蚀是微系统中材料去除技术的一种,尤其在体硅去体硅去除除上占据重要地位。硅的湿法刻蚀是先将材料氧化,然后通过上占据重要地位。硅的湿法刻蚀是先将材料氧化,然后通过化学反应使一种或多种氧化物溶解。在同一刻蚀液中,由于混化学反应使一种或多种氧化物溶解。在同一刻蚀液中,由于混有各种试剂,所以上述两个过程是同时进行的。这种氧化化学有各种试剂,所以上述两个过程是同时进行的。这种氧化
2、化学反应要求有阳极和阴极,而刻蚀过程没有外加电压,所以半导反应要求有阳极和阴极,而刻蚀过程没有外加电压,所以半导体表面上的点便作为随机分布的体表面上的点便作为随机分布的局域化阳极和阴极局域化阳极和阴极。由于局域。由于局域化电解电池作用,半导体表面发生了氧化反应并引起相当大的化电解电池作用,半导体表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流腐蚀电流(有报导超过有报导超过100A/cm2). 每一个局域化区每一个局域化区(大于原子尺大于原子尺度度)在一段时间内既起阳极又起阴极作用。如果起阳极和起阴极在一段时间内既起阳极又起阴极作用。如果起阳极和起阴极作用的时间大致相等,就会形成均匀刻蚀,反之,若两者的
3、时作用的时间大致相等,就会形成均匀刻蚀,反之,若两者的时间相差很大,则出现选择性腐蚀。半导体表面的缺陷、腐蚀液间相差很大,则出现选择性腐蚀。半导体表面的缺陷、腐蚀液温度和腐蚀液所含的杂质,以及半导体温度和腐蚀液所含的杂质,以及半导体-腐蚀液界面的吸附过程腐蚀液界面的吸附过程等因素对腐蚀的选择性和速率多会有很大的影响。等因素对腐蚀的选择性和速率多会有很大的影响。 用于这种化学腐蚀的试剂很多,但是最常用的是用于这种化学腐蚀的试剂很多,但是最常用的是HF-HNO3腐蚀系统,因为它可以避免金属离子的玷污。腐蚀系统,因为它可以避免金属离子的玷污。各向同性刻蚀的原理各向同性刻蚀的原理 对于对于HF、HNO
4、3和和H2O(或或IPA,即异丙醇即异丙醇)刻蚀液,硅表面刻蚀液,硅表面的阳极反应为的阳极反应为Si+2e+ Si 2+这里这里e+表示空穴,即表示空穴,即Si得到空穴后从原来的状态升到较高的氧化得到空穴后从原来的状态升到较高的氧化态。腐蚀液中的水解离反应为态。腐蚀液中的水解离反应为H2O=(OH)-+H+Si+与与(OH)-接合,成为接合,成为Si 2+ +2(OH)-Si(OH)2接着接着Si(OH)2放出放出H2并形成并形成SiO2, 即即Si(OH)2SiO2+H2由于腐蚀液中存在由于腐蚀液中存在HF,所以所以SiO2立即与立即与HF反应,反应式为反应,反应式为SiO2+6HFH2Si
5、F6+2H2O通过搅拌可使溶性络合物通过搅拌可使溶性络合物H2SiF6远离硅片,因此称这一反应为络远离硅片,因此称这一反应为络合化反应。显然,合化反应。显然,HF的作用在于促进阳极反应,使阳极反应产的作用在于促进阳极反应,使阳极反应产物物SiO2溶解掉。不然,所生成的溶解掉。不然,所生成的SiO2就会阻碍硅的电极反应。就会阻碍硅的电极反应。HNO3的作用的作用 可见,阳极反应需要空穴,这可由可见,阳极反应需要空穴,这可由HNO3在局域阴极处被在局域阴极处被还原而产生。在还原而产生。在HNO2杂质存在时,反应按下式进行杂质存在时,反应按下式进行HNO2+HNO3N2O4+H2ON2O4=2NO2
6、2NO2=2NO2-+2e+2NO2-+2H+=2HNO2最后式中所产生的最后式中所产生的HNO2再按第一式反应,反应生成物则自身再按第一式反应,反应生成物则自身促进反应,因此这是促进反应,因此这是自催化反应自催化反应。第一式反应是可逆控制反应,。第一式反应是可逆控制反应,故有时加入含有故有时加入含有NO2-的硝酸铵以诱发反应。因为的硝酸铵以诱发反应。因为NO2-在反应在反应中是再生的,所以氧化能力取决于未离解的中是再生的,所以氧化能力取决于未离解的HNO3的数量。的数量。 整个刻蚀反应有一个孕育期,孕育期间整个刻蚀反应有一个孕育期,孕育期间HNO2开始自催化,开始自催化,紧接着是紧接着是HN
7、O2的阴极还原反应,它不断提供空穴参加氧化反的阴极还原反应,它不断提供空穴参加氧化反应。氧化产物在应。氧化产物在HF中反应,形成可溶性络合物中反应,形成可溶性络合物H2SiF6。所有所有这些过程都发生在单一的腐蚀混合液中,整个反应式为这些过程都发生在单一的腐蚀混合液中,整个反应式为Si+HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2温度等对各向同性刻蚀的影响温度等对各向同性刻蚀的影响 不同表面取向的衬底不同表面取向的衬底(N型,型,3-cm)在高在高HNO3区的几种配比下,刻蚀速率与温区的几种配比下,刻蚀速率与温度的关系。由于在高度的关系。由于在高HNO3区化学反应是自催化的,所以有无外
8、部催化的曲线区化学反应是自催化的,所以有无外部催化的曲线重合。可以看出,腐蚀速率随温度升高而增大;衬底不同,表面取向对腐蚀重合。可以看出,腐蚀速率随温度升高而增大;衬底不同,表面取向对腐蚀速率影响甚微,可认为是各向同性的刻蚀。由于在高速率影响甚微,可认为是各向同性的刻蚀。由于在高HNO3区,化学反应受区,化学反应受HF的浓度影响,因此的浓度影响,因此HF浓度越高,腐蚀速率越大。浓度越高,腐蚀速率越大。高高HF区的刻蚀速区的刻蚀速率与温度的关系。率与温度的关系。对于高对于高HF区,腐区,腐蚀速率与衬底蚀速率与衬底取向取向无关无关,有外部催化,有外部催化较之无外部较之无外部催化的催化的刻蚀刻蚀速率
9、大。在该速率大。在该区,化学反应受区,化学反应受HNO3浓度的影响浓度的影响,HNO3浓度越高浓度越高,刻蚀速率越大。,刻蚀速率越大。刻蚀速率随温度的刻蚀速率随温度的变化分为两个线性变化分为两个线性段,低温区刻蚀速段,低温区刻蚀速率随温度的变化较率随温度的变化较之高温区的变化快之高温区的变化快。硅在未稀释的硅在未稀释的HF+HNO3系统中的腐蚀速率示于上图,可见,腐蚀系统中的腐蚀速率示于上图,可见,腐蚀液成分相当于电化学当量比时,腐蚀速率最快,也即在相当于液成分相当于电化学当量比时,腐蚀速率最快,也即在相当于68%HF和和32%HNO3时出现最大值,为时出现最大值,为28um/s。 三角形配方
10、图的阅读方法:三角形配方图的阅读方法:所取的点到该成分所在角相对的三角形边的距离占三角所取的点到该成分所在角相对的三角形边的距离占三角形高的百分比即为该成分的含量。形高的百分比即为该成分的含量。各向异性腐蚀各向异性腐蚀硅的各向异性腐蚀,是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。基硅的各向异性腐蚀,是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。基于这种腐蚀特性,可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性腐于这种腐蚀特性,可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性腐蚀剂一般分为两类,一类是有机腐蚀剂,包括蚀剂一般分为两类,一类是有机腐蚀剂,包括EPW(乙二胺乙二胺),EDP(邻邻苯二酚苯二酚)和和TMAH
11、(四甲基氢氧化氨四甲基氢氧化氨)等,另一类是无机腐蚀剂,即碱性腐等,另一类是无机腐蚀剂,即碱性腐蚀液,如蚀液,如KOH,NaOH,LiOH,CsOH和和NH4OH等。这两类腐蚀剂具等。这两类腐蚀剂具有非常类似的腐蚀现象,本讲重点介绍有非常类似的腐蚀现象,本讲重点介绍KOH对硅的腐蚀特性,其余的对硅的腐蚀特性,其余的仅列出其常用的腐蚀剂配比。鉴于在硅衬底上加工微结构时,常以仅列出其常用的腐蚀剂配比。鉴于在硅衬底上加工微结构时,常以SiO2和和Si3N4作为掩膜,介绍作为掩膜,介绍EPW和和KOH对对SiO2的腐蚀特性。的腐蚀特性。 对于硅的各向异性刻蚀机制,虽然很早就开始研究,但是迄今仍然不十分
12、清楚。对于硅的各向异性刻蚀机制,虽然很早就开始研究,但是迄今仍然不十分清楚。早期的研究认为,硅不同晶面的悬挂健密度可能在各向异性腐蚀中起主要的作用,早期的研究认为,硅不同晶面的悬挂健密度可能在各向异性腐蚀中起主要的作用,如硅单晶如硅单晶111是原子密排面,面上自由健少,化学稳定性高,整个面的刻蚀速度是原子密排面,面上自由健少,化学稳定性高,整个面的刻蚀速度小,而小,而100面和面和110面不是密排面,。面不是密排面,。 但是但是100面比面比111面的悬挂健密度只大一倍,而实际上面的悬挂健密度只大一倍,而实际上100/111面的腐蚀面的腐蚀速率比约为速率比约为100:1。显然,单纯依据悬健密度
13、是不能解释各向异性腐蚀的机制的。显然,单纯依据悬健密度是不能解释各向异性腐蚀的机制的。各向异性腐蚀原理各向异性腐蚀原理-KOH系统系统 腐蚀原理腐蚀原理 KOH腐蚀系统常用腐蚀系统常用KOH(氢氧化钾)、氢氧化钾)、H2O(水)和(水)和(CH3)2CHOH(异异丙醇,缩写为丙醇,缩写为IPA)的混合液。除的混合液。除KOH外,类似的腐蚀剂还有外,类似的腐蚀剂还有NaOH,LiOH,CsOH和和NH4OH腐蚀剂。腐蚀剂。 早期的研究结果可用以简单说明硅在早期的研究结果可用以简单说明硅在KOH系统中的腐蚀机制,其腐蚀的反应系统中的腐蚀机制,其腐蚀的反应式如下:式如下:KOH+ H2O= K+ 2
14、OH -+H +Si+2OH-+4H2O= Si(OH)6-2即首先即首先KOH将硅氧化成含水的硅化物。其络合反应可用下式表示:将硅氧化成含水的硅化物。其络合反应可用下式表示:Si(OH)6-2+6(CH3)2CHOH= Si(OC3H7)6-2+6H 2O然后与异丙醇反应,形成可溶解的硅络合物,这种络合物不断离开硅的表面,水然后与异丙醇反应,形成可溶解的硅络合物,这种络合物不断离开硅的表面,水的作用是为氧化过程提供的作用是为氧化过程提供OH-。 如果没有如果没有IPA时,则反应按下式进行:时,则反应按下式进行:Si+ H2O+2KOH=K2SiO3+2H2各向异性刻蚀中凸角问题及其对应方法各
展开阅读全文