硅的湿法腐蚀技术
1 湿法腐蚀简介
1.1 湿法腐蚀的历史与研究现状
湿法腐蚀技术的历史可以追溯到15 世纪末或16 世纪初，人们以蜡作掩膜，用酸在盔甲上腐蚀出装饰图形。而各向同性腐蚀是20 世纪50 年代开发的一项半导体加工技术。各向异性湿法腐蚀技术可以追溯到20 世纪60年代中期，那时贝尔实验室用KOH、水和乙醇溶液进行硅的各向异性湿法腐蚀，后来改用KOH 和水的混合溶液[1]。湿法腐蚀是使用液态腐蚀剂系统化的有目的性的移除材料，在光刻掩膜涂覆后（一个曝光和显影过的光刻胶）或者一个硬掩膜（一个光刻过的抗腐蚀材料）后紧接该步腐蚀。这个腐蚀步骤之后，通常采用去离子水漂洗和随后的掩膜材料的移除工艺。国外对硅的湿法腐蚀的研究起步较早，已取得相当多的研究成果。国外对硅的湿法腐蚀的研究主要集中于腐蚀剂、腐蚀剂浓度、添加剂、温度、腐蚀时间等因素对腐蚀速率、腐蚀选择性、粗糙度等结果的影响。
1.2 湿法腐蚀的分类
湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。所谓湿法腐蚀，就是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。用于化学腐蚀的试剂很多，有酸性腐蚀剂，碱性腐蚀剂以及有机腐蚀剂等。根据所选择的腐蚀剂，又可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀剂。各向同性腐蚀是指硅的不同方向的腐蚀速率相同。各向异性腐蚀则是指硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率，也即腐蚀速率与单晶硅的晶向密切相关。图1.1给出了各向同性腐蚀和各向异性腐蚀的截面示意图[2]。
硅的各向同性腐蚀液对硅片的所有晶面都有着相近的腐蚀速率，并且腐蚀速率通常都相当大。各向同性腐蚀的试剂很多，包各种盐类(如CN基、NH 基等)和酸，但是由于受到能否获得高纯试剂，以及希望避免金属离子的玷污这两个因素的限制，因此广泛采用HF—HNO3腐蚀系统。各向异性湿法腐蚀是指腐蚀剂对某一晶向的腐蚀速率高于其他方向的腐蚀速率。腐蚀结果的形貌由腐蚀速率最慢的晶面决定。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。
各向异性湿法腐蚀所用的腐蚀液通常对硅的腐蚀速率都比较小，一般在每分钟1μm 左右。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。各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等，另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液[6]，如KOH、NaOH、NH4OH等。
图1.1 硅的各向同性与各项异性湿法腐蚀截面示意图
1.3 湿法腐蚀需要考虑的问题
硅的湿法腐蚀在选择腐蚀工艺和腐蚀剂时，需考虑诸多因素的影响（如浓度、时间、温度、搅拌等），需考虑以下几方面的问题[1]：
（1）腐蚀速率。较高的腐蚀速率将有效地缩短腐蚀时间，但所得到的腐蚀表面较粗糙。腐蚀液的浓度与腐蚀速率及腐蚀表面质量有关，当腐蚀液浓度较小时，腐蚀速率较大。
（2）腐蚀选择性。选择性是指要腐蚀的材料的腐蚀速率与不希望腐蚀的材料（如掩膜）的腐蚀速率的比率。一般地，选择比越大越好。
（3）腐蚀均匀性。在硅腐蚀表面各处，腐蚀速率常常不相等，造成腐蚀表面出现起伏等，腐蚀尺寸比较大时表现尤为明显。这与腐蚀液浓度有关，反应槽中腐蚀液的浓度一直在变，并且各处浓度难保持一致性。本文腐蚀过程一直伴随着均匀搅拌，这将较有效地保持腐蚀液浓度的均匀性。
（4）腐蚀表面粗糙度。不同的腐蚀方法和腐蚀剂将得到不同程度的表面粗糙度，它与腐蚀液、腐蚀速率等密切相关，与温度关系不大，但温度升高会导致腐蚀速率的增大。
2 硅的湿法腐蚀的机理
2.1 硅的结构
硅有晶态和无定型态两种[1],[5]。晶态的硅又分为单晶硅和多晶硅。晶态的硅为金刚石结构。硅的晶体结构如图2.1所示。硅晶体是具有共价键的金刚石结构，属于闪锌矿型结构类。硅原子的四个共价键形成一个正四面体，这些正四面体重复排列，构成金刚石立方结构。可以认为它是由一面心立方体晶格沿另一面心立方体晶格的空间对角线位移四分之一长度嵌套而成，面心立方结构的四个附加原子形成了一个金刚石晶格类型的子立方体晶胞。
晶体中的硅原子在晶格结构中规则排列。材料的特性（如杨氏模量、迁移率和压阻系数）以及硅的化学腐蚀速率通常都表现出对方向的依赖性，这是晶体的各向异性。硅晶体本身的各向异性是其各向异性腐蚀特性的几何基础。三个典型晶向的硅晶格的横截面图如图 2.2所示，可见，不同面上的原子的堆积密度是不同的，这可以解释硅晶体的电学、机械特性以及腐蚀特性的各向异性。
图2.1 （a）硅晶体单元结构（b）硅晶体结构
图2.2 硅晶体沿不同方向的晶格截面
2.2湿法腐蚀的机理
下面以硅的各向异性湿法腐蚀为例介绍湿法腐蚀的原理[3],[5]，[6]。
虽然至今还没有认清硅各向异性腐蚀，但众多学者从未停止前行的脚步。早在1967年，Finne和Klein就根据对反应产物以及在反应过程中放出的H2与Si 的近似化学计量比的分析，第一次提出了由OH-、H20与硅反应的各向异性腐蚀反应过程的氧化还原方程式：
Si+20H- +4H2O →Si(0H)6-+2H2↑
上述这一总方程式并不能对硅在腐蚀过程中的各向异性行为做出很充分地的解释。。随后，Pa．1ik在其论文中论述到硅的各向异性腐蚀与各晶面的激活能和背键结构两种因素相关；并在其后的试验中发现OH-是此反应的主要反应物，而
且由Raman光谱证明了SiO
2(OH)
2
2-是基本的反应产物。他们后来又给出了如下的总
反应方程式：
Si+2H
2O+20H-→Si0
2
(OH)
2
2-+2H
2
↑
Seidel于1990年提出了目前最具说服力的电化学模型。电化学模型认为各向异性腐蚀是由于硅表面悬挂键密度和背键结构、能级不同而引起的；并认同Palik 在其论文中所沦述的OH-是此反应的主要反应物。对整个腐蚀过程，他认为是在最初的氧化步骤中，4个OH-和一个表面的Si反应，并从电解液中发射4个电子到硅晶体，即OH-上的电子转移到硅悬挂键的表面态上，随后OH-基团便与硅表面未配对的电子结合形成Si—0键；由于悬挂键上的电子能级较高，随着反应的进行，这些电子可通过热激发进入导带，反应会进一步进行，被注射到导带的电子又和
溶液中的H
20反应生成新的OH-和H
2
；并且认为以上两步中电子激发和Si一0H键的
形成不是相关的过程，它们可以发生在不同的表面位置；还认为这些新产生的OH
一正是在氧化步骤中消耗的OH一，而非来自电解质本体的OH一，并解释说这是因
是在所为后者被带负电荷的表面排斥力排离了晶体表面；此模型还认为Si(OH)
4
有的各向异性腐蚀剂中的可溶解产物。Seidel又详细给出各主要晶面的基元反应：
以{1 0 0}面为例，每一个硅原子有两个悬挂键，可以结合两个OH-并注入两个电子到导带，即：
表示导带电子。
式中e
cond
由于硅表面存在成键的OH-基团，使得硅表面原子的背键强度降低，Si-O键结合
能是808 kJ／mol，Si—Si键结合能仅为327 kJ／mol，故反应进一步进行，Si(OH)
2
2-基团中的Si—Si键基团中的Si—Si键被打开，从能带图的角度讲就是Si(OH)
2
上的电子热激发到导带。因此形成了带正电荷的氢氧化硅复合物：
氢氧化硅复合物进一步与两个OH一反应产生原硅酸：
分子通过扩散离开硅的表面。对高pH值的腐蚀液，它是不稳定的。中性的Si(OH)
4
从硅化合物的化学特性知道，在pH≥12时，会形成下列复合物：
导带中多余的电子转移到硅表面的水分子中，产生OH-和H，H相互结合后形成H
2分子：
整个反应可简单写为：
3 硅湿法腐蚀的应用与发展趋势
硅的湿法腐蚀是硅片微机械加工的重要技术之一，它被广泛地应用于在硅衬底上加工各种各样的微结构，如膜结构、凹槽结构、悬臂梁等，近年来也被用于
很多纳米结构的制造。目前湿法加工技术虽然已取得了很大进展，一些技术已实用化，但是无论是各向同性腐蚀技术、各向异性腐蚀技术还是电化学腐蚀技术，在加工工艺方面仍存在以下问题[4]：①加工精度和效率有待于提高；②由于加工产品的形状受到极大的限制,因此湿法腐蚀技术在三维加工能力方面存在明显不足。由于硅电化学深刻蚀技术装置使用灵活，整个运行成本低，采用外场辅助等技术来克服无法制备大间距周性图形的局限性，将是湿法腐蚀技术的一个研究热点。
参考文献：
1.陈骄.硅的各向异性湿法腐蚀工艺及其在微纳结构中的应用研究【硕士学位论
文】，武汉，国防科技大学，2010年
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理工大学，2007年
3.王涓，孙岳明，黄庆安，周再发.单晶硅各向异性湿法腐蚀机理的研
究进展【J】，化工时刊，18（6），2004
4.蒋玉荣，边长贤，秦瑞平.体硅微机械湿法加工技术研究进展【J】,材料导
报A，25（10），2011.
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东南大学，2005年
6.李斌.基于硅的湿法腐蚀特性仿真与制作微折射结构【硕士学位论文】，武
汉，华中科技大学，2011年
苏州市职业大学 毕业设计（论文）说明书 设计（论文）题目太阳能电池片湿刻蚀的应用系电子信息工程系专业班级08电气2 姓名李华宁 学号087301218 指导教师孙洪 年月日
太阳能电池片湿刻蚀的应用 摘要 湿刻就是湿法刻蚀，它是一种刻蚀方法，主要在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射，刻蚀可用稀释的盐酸等。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。着重研究各种化学品的流量对电池片刻蚀深度的影响。首先查看各种资料，掌握本课题相关的知识:通过对氢氟酸，硝酸，盐酸，氢氧化钠等化学品流量，温度，湿度等对太阳能电池片的影响。通过技术软件分析，优化工艺参数，得到最优参数。 关键词：湿法刻蚀；腐蚀；流量；太阳能电池
Solar cell wet etching application Abstract Wet carved is wet etching, it is a kind of etching method, mainly in the relatively flat membrane surface, thereby increasing suede carving out process, reduce light light reflection, etching available dilute hydrochloric acid etc. Wet etching is will etching materials soaked in a mordant within the corrosion of technology. It is a kind of pure chemical etching, has excellent selectivity, etching the current film will cease, and won't damaged following a layer of film to other materials. Research on various chemicals to the flow the influence of battery piece etching depth. First check all kinds of material, grasps this topic relevant knowledge: by hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide etc chemicals flow, temperature, humidity and so on the influence of solar cell. Through technology software analysis, optimization of process parameters, obtain optimal parameters. Keyword:wet etching; Corrosion; Flow; Solar battery
MEMS湿法腐蚀工艺和过程(DOC 99页) 部门： xxx 时间： xxx 制作人：xxx 整理范文，仅供参考，勿作商业用途
第8章 MEMS湿法腐蚀工艺和过程 David W. Burns 摘要：通过光刻胶或硬掩膜窗口进行的湿法化学腐蚀在MEMS器件制造的许多工艺过程中大量存在。本章针对400多种衬底和淀积薄膜的组合介绍了800多种湿法腐蚀配方, 着重介绍了在大学和工业界超净间中常见的实验室用化学品。另外给出了600多个有关选择或开发制造MEMS器件的新配方的文献。也给出了近40个内部整合的材料和腐蚀特性的图表，方便读者迅速寻找和比较这些配方。有关目标材料和腐蚀特性的缩略语为方便比较都进行了统一。腐蚀速率和对其他材料的腐蚀选择性也给出了。除了重点讨论在MEMS领域常用的硅和其他常用材料外，III-V化合物半导体和更新的材料也有涉及。 本章讨论主题涉及湿法腐蚀原理与过程；整合湿法腐蚀步骤的工艺方法；湿法腐蚀过程的评估和开发及侧重安全的设备和向代工厂转移的预期；氧化物，氮化物，硅，多晶硅，和锗各向同性腐蚀；标准金属腐蚀；非标准绝缘介质，半导体和金属腐蚀；光刻胶去除和硅片清洗步骤；硅化物腐蚀；塑料和聚合物刻蚀；硅各向异性刻腐蚀，体硅和锗硅自停止腐蚀；电化学腐蚀和自停止；光助腐蚀和自停止；薄膜自停止腐蚀；牺牲层去除；多孔硅形成；用于失效分析的层显；缺陷判定；针对湿法化学腐蚀的工艺和过程，给出了几个实际的案例。对器件设计人员和工艺研发人员，本章提供了一个实际和有价值的指导，以选择或发展一个对许多类型MEMS和集成MEMS器件的腐蚀。 D．W．Burns Burns Engineering, San Jose, CA, USA e-mail:dwburns@https://www.doczj.com/doc/f716126775.html, 8.1引言
湿法清洗及湿法腐蚀 目录 一：简介 二：基本概念 三：湿法清洗 四：湿法腐蚀 五：湿法去胶 六：在线湿法设备及湿法腐蚀异常简介七．常见工艺要求和异常
一：简介 众所周知，湿法腐蚀和湿法清洗在很早以前就已在半导体生产上被广泛接受和使用，许多湿法工艺显示了其优越的性能。伴随IC集成度的提高,硅片表面的洁净度对于获得IC器件高性能和高成品率至关重要, 硅片清洗也显得尤为重要.湿法腐蚀是一种半导体生产中实现图形转移的工艺,由于其高产出,低成本,高可靠性以及有很高的选择比仍被广泛应用.
二基本概念 腐蚀是微电子生产中使用实现图形转移的一种工艺，其目标是精确的去除不被ＭＡＳＫ覆盖 的材料，如图１： 图 １ 腐蚀工艺的基本概念 ： E T C H R A T E(E/R)------腐蚀速率：是指所定义的膜被去除的速率或去除率，通常用Um/MIN，A/MIN 为单位来表示。 E/R U N I F O R M I T Y------腐蚀速率均匀性,通常用三种不同方式来表示: U N I F O R M I T Y A C R O S S T H E W A F E R W A F E R T O W A F E R L O T T O L O T 腐蚀速率均匀性计算U N I F O R M I T Y=（E R H I G H-E R L O W）/（E R H I G H+E R L O W）*100% S E L E C T I V I T Y-------选择比是指两种膜的腐蚀速率之比,其计算公式如下: S E L A/B=（E/R A）/（E/R B） 选择比反映腐蚀过程中对另一种材料（光刻胶或衬底）的影响，在腐蚀工艺中必须特别注意SEL，这是实现腐蚀工艺的首要条件。 G o o d s e l e c t i v i t y P o o r s e l e c t i v i t y(U n d e r c u t) I S O T R O P Y-------各向同性：腐蚀时在各个方向上具有相同的腐蚀速率；如湿法腐蚀就是各向同性腐蚀。具体如下图：
腐蚀工艺教程（湿法清洗部分） 一、什么是半导体？ 半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。我们分别称之为P （空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。PN结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。 在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用的是<100> 晶向的圆片。 二、什么是集成电路？ 不同导电类型的半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完成一定的电路功能，就称之为集成电路。 集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。 三、集成电路中的常用薄膜。 多晶硅 常用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线 二氧化硅 集成电路中使用的二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。在MOS集成电路中，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。 氮化硅 能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。用低压CVD（LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）的氮化硅膜，能在较低温度下生成，可作为钝化保护层。 Al-Si-Cu 用在集成电路中作为金属互连线。 四、什么是刻蚀 集成电路的制造，需要将各种不同的元件（晶体管、电阻、电容）做在同一块芯片上去，需要在芯片上做出不同的图形。把光刻确定的图形转移到构成器件的薄膜上，把不需要的薄膜去除，这一过程称为刻蚀。刻蚀分为干法腐蚀和湿法腐蚀。 五、常用湿法腐蚀工艺 1. HF去二氧化硅 说明：HF酸漂去二氧化硅 配比：HF：H2O=1：10 温度：室温 流程：HF酸漂洗（依漂去二氧化硅厚度定时）→溢流5分钟→冲水10次→甩干 2. 磷酸去氮化硅
腐蚀工艺简介
腐蚀工艺教程 一、什么是半导体？ 半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。 纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。我们分别称之为P（空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。PN结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。 在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用的是<100>晶向的圆片。 二、什么是集成电路？ 不同导电类型的半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完成一定的电路功能，就称之为集成电路。 集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。 三、集成电路中的常用薄膜。 多晶硅 常用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线 二氧化硅 集成电路中使用的二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。在MOS集成电路中，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。 氮化硅 能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。用低压CVD（LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离
腐蚀工艺教程 一、什么是半导体？ 半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。 纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。我们分别称之为P（空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。PN结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。 在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用的是<100>晶向的圆片。 二、什么是集成电路？ 不同导电类型的半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完成一定的电路功能，就称之为集成电路。 集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。 三、集成电路中的常用薄膜。 多晶硅 常用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线 二氧化硅 集成电路中使用的二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。在MOS集成电路中，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。 氮化硅 能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。用低压CVD （LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）的氮化硅膜，能在较低温度下生成，可作为钝化保护层。 Al-Si-Cu 用在集成电路中作为金属互连线。 四、什么是刻蚀 集成电路的制造，需要将各种不同的元件（晶体管、电阻、电容）做在同一块芯片上去，需要在芯片上做出不同的图形。把光刻确定的图形转移到构成器件的薄膜上，把不需要的薄膜去除，这一过程称为刻蚀。
湿法的设备是最简单的，但工艺我个人认为是最少有理论支持的，称之玄妙不为过。随着线宽的急剧缩小，对清洗的工艺也就越来越高。0.13u宽的feature,如果线和线之间的距离也是0.13u，那么任何一个颗粒大于0.13都可能造成两条线之间的短路，所以清洗工艺的要求也会越来越高，0.20u到0.16u，到0.10u大小的颗粒去除。个人感觉现有湿法工艺需要一个很大的理论上的提高才能适应现在的急速发展，也就是说湿法工艺可能会成为下一个工艺的瓶颈。 下面的内容都是普及性的资料，不含有任何商业机密。 清洗工艺 最初由RCA实验室发明了SC1(Standard Clean 1, APM (Ammonia Peroxide Mixture), NH4OH,+H2O2+H2O)和SC2 (HPM, Hydrochloric Peroxide Mixture, HCl+H2O2+H2O)的组合。理论上SC1是去除颗粒，SC2是去除重金属沾污。最初的SC1比例是1：1：5，但随着对NH4OH 对硅基板刻蚀的担心，使用越来越稀释的比例。还有使用DHF(Diluted HF)去除自然氧化层。有不同的顺序衍生成不同的工艺，如A clean, B clean, HF last等，但最核心的还是RCA 洗净。随之设备的配置中就要使用多个药液槽，药液槽之间还要使用水洗槽，避免上一步药液混入下一个药液槽，最后是干燥。这种长长的，有多个槽的设备被称为Wet Station或Wet Bench。每个药液槽都有包含泵和过滤器的循环系统，延长药液的使用寿命，还有补充系统，定时补充新鲜药液，可以保持药液成分稳定。由于湿法步骤多，需要最大的产量，所以Wet Station都是50枚处理，即槽可以容纳50枚片子。槽的配置每个公司都不一样。 清洗工艺要使用在所有高温工艺之前，因为一旦成膜后，颗粒被盖在下层就不能被去除，更重要的是表面的金属离子在高温时会非常活跃，渗入底层器件结构，导致器件失效。 主要的厂商有 日本的DNS(DAI NIPPON SCREEN)，TEL(TOKYO ELECTRONICS), SUGAI, KAIJO,德国的STEAG HAMATECH,美国的SCP(SANTA CLARA PLASTIC), FSI, VERTEQ。 美国的SEMITOOL和奥地利的SEZ最近异军突起。SEMITOOL是Spray Tool，在密闭的金属Chamber中处理，有Nozzle喷出药液，水（洗净），氮气（干燥）。这样片子就不用从
微机电系统课程实验之三 采用湿法刻蚀技术制作微V型槽《微机电系统》课程组编写 电子科技机械电子工程学院 2005年5月
实验名称：采用湿法刻蚀技术制作硅微V 形槽 一、 实验目的 1、理解硅湿法刻蚀加工原理；掌握硅晶体晶向对湿法刻蚀过程、最终形成 结构形状的影响规律； 2、理解微加工工艺流程；通过运用硅湿法刻蚀加工装置、完成其腐蚀实验 过程，培养对微加工过程的具体感性认识； 3、学习微结构测试、分析的相关知识。 二、 实验任务 选择适当硅片，在其上表面上刻蚀平行V 型槽阵列，用于某MEMS 组装结构。周期350微米，槽宽205微米。槽数量3~5个。 三、 实验原理 1、 硅湿法刻蚀加工原理 硅是各向异性材料，因此对硅的不同晶面将有不同的腐蚀速率，基于这种腐蚀特性，可以在硅衬底上加工出各种不同的微细结构，例如我们将要加工的V 型槽。腐蚀剂可分为两类：一类是有机腐蚀剂，例如EPW （乙二胺，邻苯二酸和水按一定比例配成）、联胺；另一类是无机腐蚀剂，例如KOH 、NaOH 、LiOH 、CsOH 、NH 4OH 等等。由于有机腐蚀剂排放的气体有毒，所以我们将考虑采用氢氧化钾溶液作为腐蚀剂。其腐蚀的反应式为： ↑+=++232222H SiO K KOH O H Si （2-1） 在有乙丙醇（（CH 3）2CHOH ，缩写为IPA ）参与的情况下，其反应式为： +-+++=+H OH K O H KOH 22 （2-2） 2 6 2)(42--=++OH Si O H OH Si （2-3） 即首先将硅氧化成含水的硅化物。 O H H OC Si CHOH CH OH Si 22673232 66])([)(6)(+=+-- （2-4） 由上述反应式可知，KOH 首先将Si 氧化成含水的硅化合物，然后与IPA 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。 2、 湿法刻蚀加工中的各向异性与V 型槽的形成
微机电系统制程 Microfabrication technology 第四讲：清洗与湿法腐蚀
乔大勇
课程内容
一 标准清洗 二 硅湿法腐蚀
污染来源 RCA清洗技术 去有机物清洗技术 去除原生氧化层 完整的清洗流程
单晶硅特性 硅的湿法腐蚀 硅的各向同性湿法腐蚀 硅的各向异性湿法腐蚀
标准清洗-污染来源
污染物主要来源于以下几个方面 硅片盒 硅片操作 工艺设备 空气 衣服 电荷积聚
分为以下五类 颗粒污染 金属杂质 有机物污染 原生氧化层 静电电荷
光刻胶或其它有机物 家具 金属腐蚀 溶剂和化学试剂 操作人员
标准清洗-污染来源
颗粒污染
在半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸应该小于最小器件特征 尺寸的一半。对于64-k的DRAM器件，可以忍受0.25um直径的 颗粒，但对于 4-M的DRAM器件, 只能容许 0.05um直径的颗 粒污染。 典型颗粒的直径: 肉眼可见颗粒：50um 头发: 75-100um(depending on age) 烟雾: 0.01-1um 红细胞: 4-9um 人静止时每分钟产生105个颗粒，走动时产生106个颗粒
标准清洗-污染来源
颗粒污染
标准清洗-污染来源
金属杂质
金属离子在半导体材料中是高度活性的，被称为可动离子 污 染 (MIC) 。 当 MIC 引 入 到 硅 片 中 后 ， 在 整 个 硅 片 中 移 动，严重损害器件电学性能和长期可靠性。未经处理过的 化学品中的钠是典型的、最为普遍的MIC之一，人充当了 它的运送者。人体以液态形式包含了高浓度的纳（唾液、 眼泪和汗液）。硅片加工中应该严格控制钠污染。
硅湿法腐蚀工艺的研究现状 摘要：随着MEMS技术的发展，通过光刻胶或硬掩膜窗口进行的湿法腐蚀工艺在MEMS器件制造的许多工艺过程中有大量的应用，本文介绍了湿法腐蚀工艺的发展历程，研究现状，以及未来的发展趋势，将湿法腐蚀工艺与干法腐蚀工艺进行对比，得出湿法腐蚀工艺的优缺点。重点阐述了湿法腐蚀工艺的工艺过程，简单介绍了湿法腐蚀工艺在工业领域的一些应用。 关键词：MEMS 光刻胶湿法腐蚀工艺过程 Research Status of Wet Etching Technology on Silicon Abstract:With the development of Micro-Electro-Mechanical System(MEMS) technology,Wet Etching technology with photoresist or hard mask window has a large number of applications in the fabrication of MEMS devices.This article describes the development process of wet etching process, as well as the research status and future trends,comparing the Wet Etching process and dry etching process,we get the advantages and disadvantages of Wet Etching.This article will focuses on the process of Wet Etching,a brief introduction to some applications of the wet etching process in the industrial field. Keywords:MEMS Photoresist Wet Etching Process 0前言 在制造领域，人们对机械加工的的要求越来越高，工件尺寸越来越小，精度越来越高，功能却越来越多，这些要求促进了很多先进制造技术的产生，MEMS技术就是在这样的背景下产生的，MEMS,其实就是是微机电系统——Micro-Electro-Mechanical Systems的缩写，它可以批量制作，是集微型机构、传感器和执行器以及控制电路、直至接口、通信和电源等电子设备于一体的微型器件或系统[1]。MEMS是伴随着半导体集成电路、微细加工技术和超精密加工技术的发展而共同发展起来的，MEMS技术利用了半导体技术中的腐蚀、光刻、薄膜等现有的技术和材料，所以，从制造技术本身来讲，MEMS基本的制造技术相对而言还是比较成熟的。但是，MEMS技术更偏向于超精密机械的加工，并且要关系到微电子、材料、力学、化学、机械等学科领域。它所涉及的学科也扩展到微型尺寸下的力、电、光、磁、声、等物理学的各个分支。目前，MEMS技术还被广泛的运用在微流控芯片和合成生物学等领域，进而探索生物化学等实验室技术流程的芯片集成化[2]。湿法腐蚀工艺是MENMS技术中的一种重要工艺，本文将对湿法腐蚀工艺进行详述。 1硅湿法腐蚀工艺的原理及特点 1.1硅湿法腐蚀工艺原理 湿法腐蚀工艺在MEMS技术起步的时候，就开始出现。是最早应用在微机械结构制造领域的微机械加工方法。所谓的湿法腐蚀，其实就是将晶片放在液态的化学腐蚀液中，对晶片进行腐蚀，在腐蚀的过程中，腐蚀液将会把它所接触的材料通过化学反应一步一步浸蚀直至
硅湿法腐蚀工艺的研究现状 摘要：随着MＥMS技术的发展,通过光刻胶或硬掩膜窗口进行的湿法腐蚀工艺在MEMＳ器件制造的许多工艺过程中有大量的应用，本文介绍了湿法腐蚀工艺的发展历程,研究现状,以及未来的发展趋势,将湿法腐蚀工艺与干法腐蚀工艺进行对比，得出湿法腐蚀工艺的优缺点。重点阐述了湿法腐蚀工艺的工艺过程,简单介绍了湿法腐蚀工艺在工业领域的一些应用。 关键词：MEMS 光刻胶湿法腐蚀工艺过程 ResearcｈＳtａtｕs ｏｆWeｔEtcｈing Technology on Silicon Abｓtrａｃｔ:Witｈｔhe devｅｌoｐｍeｎt of Miｃrｏ-Elｅctrｏ-Mｅcｈaniｃal Sｙsｔｅｍ(MＥMＳ) ｔechnology,Wｅt Etcｈing tecｈｎoloｇｙwith ｐhotｏresist oｒｈarｄmask winｄow hasａｌarｇe ｎuｍber oｆaｐplications iｎtｈe fabriｃatｉon ｏｆMＥMS devices.Thｉs aｒtｉｃｌe dｅscrｉbes ｔｈe devｅlopmｅnt ｐｒoｃeｓｓof wｅｔeｔching ｐrocesｓ,as welｌａs thｅrｅｓｅａｒch statｕs anｄｆｕture trｅｎds，comparｉng tｈe Ｗet Eｔｃhing prｏｃeｓｓaｎｄdrｙetchｉｎg proｃｅss,we get the ａdvａnｔaｇeｓaｎd dｉsaｄｖantages of Wet Ｅtching.Thｉｓarｔicｌｅwiｌl fｏcuseｓon ｔhe proｃeｓs of Wｅt Etｃｈing,ａbrief inｔｒｏdｕcｔiｏn ｔo some apｐli ｃａtions oｆthe ｗｅt ｅｔchｉnｇprｏcess ｉn thｅｉnduｓtriａl fieｌd. Ｋeyｗorｄs:MEMS Photｏreｓist WeｔEtchｉnｇProcess 0前言 在制造领域,人们对机械加工的的要求越来越高，工件尺寸越来越小，精度越来越高，功能却越来越多，这些要求促进了很多先进制造技术的产生,MEMS技术就是在这样的背景下产生的，MEＭS,其实就是是微机电系统——Ｍicro－Elｅcｔrｏ-Mｅchanical Sｙstems的缩写,它可以批量制作,是集微型机构、传感器和执行器以及控制电路、直至接口、通信和电源等电子设备于一体的微型器件或系统[1]。MEMS是伴随着半导体集成电路、微细加工技术和超精密加工技术的发展而共同发展起来的,MＥMS技术利用了半导体技术中的腐蚀、光刻、薄膜等现有的技术和材料，所以,从制造技术本身来讲,MEMＳ基本的制造技术相对而言还是比较成熟的。但是，MEMＳ技术更偏向于超精密机械的加工，并且要关系到微电子、材料、力学、化学、机械等学科领域。它所涉及的学科也扩展到微型尺寸下的力、电、光、磁、声、等物理学的各个分支。目前,MEMＳ技术还被广泛的运用在微流控芯片和合成生物学等领域,进而探索生物化学等实验室技术流程的芯片集成化［2]。湿法腐蚀工艺是MEＮMS技术中的一种重要工艺，本文将对湿法腐蚀工艺进行详述。 1硅湿法腐蚀工艺的原理及特点 1.1硅湿法腐蚀工艺原理
腐蚀工艺教程 一、什么是半导体 半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。 纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。我们分别称之为P（空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。PN结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。 在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用的是<100>晶向的圆片。 二、什么是集成电路 不同导电类型的半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完成一定的电路功能，就称之为集成电路。 集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS 集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。 三、集成电路中的常用薄膜。 多晶硅 常用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线 二氧化硅 集成电路中使用的二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。在MOS集成电路中，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。 氮化硅 能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。用低压CVD （LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）的氮化硅膜，能在较低温度下生成，可作为钝化保护层。 Al-Si-Cu 用在集成电路中作为金属互连线。 四、什么是刻蚀 集成电路的制造，需要将各种不同的元件（晶体管、电阻、电容）做在同一块芯片上去，需要在芯片上做出不同的图形。把光刻确定的图形转移到构成器件的薄膜上，把不需要的薄膜去除，这一过程称为刻蚀。
第8章 MEMS湿法腐蚀工艺和过程 David W. Burns 摘要：通过光刻胶或硬掩膜窗口进行的湿法化学腐蚀在MEMS器件制造的许多工艺过程中大量存在。本章针对400多种衬底和淀积薄膜的组合介绍了800多种湿法腐蚀配方, 着重介绍了在大学和工业界超净间中常见的实验室用化学品。另外给出了600多个有关选择或开发制造MEMS器件的新配方的文献。也给出了近40个内部整合的材料和腐蚀特性的图表，方便读者迅速寻找和比较这些配方。有关目标材料和腐蚀特性的缩略语为方便比较都进行了统一。腐蚀速率和对其他材料的腐蚀选择性也给出了。除了重点讨论在MEMS领域常用的硅和其他常用材料外，III-V化合物半导体和更新的材料也有涉及。 本章讨论主题涉及湿法腐蚀原理与过程；整合湿法腐蚀步骤的工艺方法；湿法腐蚀过程的评估和开发及侧重安全的设备和向代工厂转移的预期；氧
化物，氮化物，硅，多晶硅，和锗各向同性腐蚀；标准金属腐蚀；非标准绝缘介质，半导体和金属腐蚀；光刻胶去除和硅片清洗步骤；硅化物腐蚀；塑料和聚合物刻蚀；硅各向异性刻腐蚀，体硅和锗硅自停止腐蚀；电化学腐蚀和自停止；光助腐蚀和自停止；薄膜自停止腐蚀；牺牲层去除；多孔硅形成；用于失效分析的层显；缺陷判定；针对湿法化学腐蚀的工艺和过程，给出了几个实际的案例。对器件设计人员和工艺研发人员，本章提供了一个实际和有价值的指导，以选择或发展一个对许多类型MEMS和集成MEMS器件的腐蚀。 D．W．Burns Burns Engineering, San Jose, CA, USA e-mail:dwburns@https://www.doczj.com/doc/f716126775.html,
8.1引言 很少有微机械化或集成化的器件是在没有进行一些湿法化学处理的情况下开发或制造的。不管器件是否是电气的，机械的，电子的，集成的，光学的，光电子学的，生物的，聚合的，微流控的传感器或执行器，有关这些器件的制造工艺或过程的替换决定将对最终的技术和商业成功有重要影响。这些器件通常在硅衬底、化合物半导体、玻璃、石英、陶瓷或塑性材料上制造，可能涉及在这些材料上淀积一层或多层薄膜并光刻和腐蚀。这些层和淀积顺序受工艺和用于开发和制造该器件的工艺单元限制，随着层数的增长变的越来越复杂和相互影响。 湿法腐蚀是使用液态腐蚀剂系统化的有目的性的移除材料，在光刻掩膜涂覆后（一个曝光和显影过的光刻胶）或者一个硬掩膜（一个光刻过的抗腐蚀材料）后紧接该步腐蚀。这个腐蚀步骤之后，通常采用去离子水漂洗和随后的掩膜材料的移除工艺。湿法腐蚀可替换工艺包括干法刻蚀，即
硅的湿法腐蚀技术 1 湿法腐蚀简介 1.1 湿法腐蚀的历史与研究现状 湿法腐蚀技术的历史可以追溯到15 世纪末或16 世纪初，人们以蜡作掩膜，用酸在盔甲上腐蚀出装饰图形。而各向同性腐蚀是20 世纪50 年代开发的一项半导体加工技术。各向异性湿法腐蚀技术可以追溯到20 世纪60年代中期，那时贝尔实验室用KOH、水和乙醇溶液进行硅的各向异性湿法腐蚀，后来改用KOH 和水的混合溶液[1]。湿法腐蚀是使用液态腐蚀剂系统化的有目的性的移除材料，在光刻掩膜涂覆后（一个曝光和显影过的光刻胶）或者一个硬掩膜（一个光刻过的抗腐蚀材料）后紧接该步腐蚀。这个腐蚀步骤之后，通常采用去离子水漂洗和随后的掩膜材料的移除工艺。国外对硅的湿法腐蚀的研究起步较早，已取得相当多的研究成果。国外对硅的湿法腐蚀的研究主要集中于腐蚀剂、腐蚀剂浓度、添加剂、温度、腐蚀时间等因素对腐蚀速率、腐蚀选择性、粗糙度等结果的影响。 1.2 湿法腐蚀的分类 湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。所谓湿法腐蚀，就是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。用于化学腐蚀的试剂很多，有酸性腐蚀剂，碱性腐蚀剂以及有机腐蚀剂等。根据所选择的腐蚀剂，又可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀剂。各向同性腐蚀是指硅的不同方向的腐蚀速率相同。各向异性腐蚀则是指硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率，也即腐蚀速率与单晶硅的晶向密切相关。图1.1给出了各向同性腐蚀和各向异性腐蚀的截面示意图[2]。 硅的各向同性腐蚀液对硅片的所有晶面都有着相近的腐蚀速率，并且腐蚀速率通常都相当大。各向同性腐蚀的试剂很多，包各种盐类(如CN基、NH 基等)和酸，但是由于受到能否获得高纯试剂，以及希望避免金属离子的玷污这两个因素的限制，因此广泛采用HF—HNO3腐蚀系统。各向异性湿法腐蚀是指腐蚀剂对某一晶向的腐蚀速率高于其他方向的腐蚀速率。腐蚀结果的形貌由腐蚀速率最慢的晶面决定。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。 各向异性湿法腐蚀所用的腐蚀液通常对硅的腐蚀速率都比较小，一般在每分钟1μm 左右。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。各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等，另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液[6]，如KOH、NaOH、NH4OH等。
大连理工大学研究生试卷 系别：机械制造及其自动化课程名称：微制造与微机械电子系统学号：21504029 姓名：刘奎 考试时间：2016年1 月11 日类别标准分数实得分数平时 成绩 10 作业 成绩 90 总分100 授课教师刘冲 签字
硅湿法腐蚀工艺的研究现状及展望 刘奎 （机械工程学院模具研究所大连理工大学大连 116024） 摘要：本文分析了MEMS工艺中常用的一种工艺，即湿法腐蚀技术。重点研究了湿法腐蚀技术的两种方法：各向同性腐蚀与各向异性腐蚀。并且分别了这两种方法的腐蚀机理，以及湿法腐蚀的工艺过程。然后，介绍了湿法腐蚀技术的国内国外研究现状，并提出了发展展望。 关键词：MEMS 湿法腐蚀各向同性各向异性研究现状 The Research Status and Perspective of Wet Etching Process of Silicon LIU Kui （Institute of dies，Dalian University of Technology，Dalian 116024） Abstract：In this paper，a commonly used technology in the field of MEMS is analyzed ，namely wet etching technique. And the analysis focuses on the two wet etching methods：isotropic wet etching and anisotropic wet etching. Simultaneously，the principles of the two wet etching technique are described，as well as the procedure of the process. Then, some research status and development perspective both home and abroad is demonstrated. Key words：MEMS wet etching isotropic anisotropic research status 1引言 随着现代科学技术的快速发展，许多机械电子相关的产品设计与结构设计，越来越趋向轻量化，小型化，精密化，功能多样复杂化，产品设计集成度越来越高，性能越来越强大。其中，以高技术密集著称的半导体加工制造行业为典型代表。如图1-1硅片，图1-2集成芯片。 图1-1 硅片图1-2 集成芯片著名的MEMS工艺技术，便在现代技术的高速发展与技术需求中产生。MEMS,即为微机电系统——Micro-Electro-Mechanical Systems的缩写，是集微型机构、传感器和执行器以及控制电路、直至接口、通信和电源等电子设备于一体的微型器件或系统[1]。MEMS是伴随着半导体集成电路、微细加工技术和超精密加工技术的发展而共同发展起来的，MEMS技术利用了半导体技术中的腐蚀、光刻、薄膜等现有的技术和材料， MEMS技术偏向于超精密机