硅的腐蚀

硅片腐蚀㈠、目的和原理：利用氢氧化钠对多晶硅腐蚀作用，去除硅片在多线切割锯切片时产生的表面损伤层，同时利用氢氧化钠对硅腐蚀的各向异性，争取表面较低反射率较低的表面织构。

解释：①现有多晶硅片是由长方体晶锭在多线切割锯切成一片片多晶硅方片。

由于切片是钢丝在金刚砂溶液作用下多次往返削切成硅片，金刚砂硬度很高，会在硅片表面带来一定的机械损伤。

如果损伤不去除，会影响太阳电池的填充因子。

②氢氧化钠俗称烧碱，是在国民经济生产中大量应用化工产品。

由电解食盐水而得，价格比较便宜，每500克6元。

化学反应方程式为：↑+↑+=+222222H Cl NaOH O H NaCl 电解。

分析纯氢氧化锂、氢氧化钾也可以与硅起反应，但价格较贵。

如氢氧化锂每500克23元，用于镉-镍电池电解液中。

↑+=++23222a 2H SiO N O H NaOH Si 加热③碱性腐蚀优点是反应生成物无毒，不污染空气和环境。

不像HF-HNO 3酸性系统会生成有毒的NO x 气体污染大气。

另外，碱性系统与硅反应，基本处于受控状态。

有利于大面积硅片的腐蚀，可以保证一定的平行度。

㈡、步骤：面产生出部分反射率较低的织构表面。

如果含有[100]晶向的晶粒，就可以长出金字塔体状的绒面。

第五步是通过盐酸中和残余的氢氧化钠，化学反应方程式为：O H NaCl NaOH HCl 2+=+。

第七步氢氟酸络合掉硅片表面的二氧化硅层，化学反应方程式为：O H SiF H HF SiO 26222][6+=+。

2. 我们就粗抛作过实验，投入50片硅片：a ． 在20%NaOH 溶液中，温度为80℃，反应了10分钟，硅片厚度平均去掉了32μm 。

b ． 在15%NaOH 溶液中，温度为80℃，反应了10分钟，硅片厚度平均去掉了25μm （此数据来源于小片实验）。

硅片粗抛是放热反应且反应激烈，反应速度与温度上升有点正反馈的态势：温度高，浓度高反应就会更激烈。

新硅片由于表面粗糙，表面积大一些反应也会激烈一些。

有机硅防腐蚀涂料硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界中。

如果说碳是组成生物界的主要元素，那么，硅就是构成地球上矿物界的主要元素。

高纯的单晶硅是重要的半导体材料①金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。

将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。

可应用于军事武器的制造，第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。

②光导纤维通信，最新的现代通信手段。

③性能优异的硅有机化合物，天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。

有机硅化合物，是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。

其中，以硅氧键（-Si-0-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。

有机硅材料具有独特的结构：（1）Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；（2）C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱；（3）Si-O键长较长，Si-O-Si键键角大。

（4）Si-O键是具有50％离子键特征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方向性）。

由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。

有机硅材料按其形态的不同，可分为：硅烷偶联剂（有机硅化学试剂）、硅油（硅脂、硅乳液、硅表面活性剂）、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等。

硅片腐蚀工艺
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+2NaOH=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。

第34卷　第2期 半　导　体　情　报 V o l134,N o12　1997年4月 SE M I CONDU CTOR I N FORM A T I ON A p r11997硅的湿法化学腐蚀机理摘要　我们从晶体生长学的观点评述了单晶的湿法化学腐蚀。

出发点是晶体存在光滑表面和粗糙表面。

光滑表面的动力学是由粗糙表面所缺乏的成核势垒控制,所以后者腐蚀速率要快几个数量级。

对金刚石晶体结构的分析表明,在此晶格中(111)面是唯一的光滑表面,其它面只不过由于表面重构有可能是光滑的。

这样,我们解释了〈001〉方向在KO H∶H2O中的最小腐蚀速率。

关于接近〈001〉方向具有最小腐蚀速率时的腐蚀状态和在H F∶HNO3基溶液中从各向同性腐蚀向各向异性腐蚀转换的两个关键假设,都用实验进行了检测。

结果与理论一致。

1　引言单晶Si、GaA s和石英的各向异性湿法化学腐蚀是微系统制造的关键技术之一。

然而,在特定腐蚀液(例如:KO H∶H2O、ED P、TM A H)中腐蚀速率强烈的各向异性,以及在其它一些腐蚀液(例如:H F∶HNO3∶H2O)中的各向同性至今很难理解。

腐蚀速率的各向异性大部分与在不同结晶方向上晶体表面的化学反应有关。

在这方面,Seidel等人所提出的[1]也许是最新图象,他们假设了一个O H离子与悬挂键接触时的复杂性,相对于两个O H离子与具有两个主键的Si原子接触的情况来讲,它是以一种不同的方式改变了具有三个主键的Si 原子的主键能量。

但是,难点是Si原子不仅在(111)面,而且在(110)面也有三个主键,所以在这些结晶方向上的腐蚀速率和激活能相对实验证据应是可比的。

最近,有人建议用晶体生长的理论来分析单晶的湿法化学腐蚀数据[2],这样,许多实验结果就能很容易地被理解。

从晶体生长的基本理论可直接得知以下观点:(1)在某溶液中腐蚀速率的各向同性和在其它溶液中的各向异性,能给出决定腐蚀速率是否是各向同性或各向异性的判据,并且该判据与实验结果相当。

koh腐蚀硅角度本文将详细介绍硅片使用KOH腐蚀溶液的腐蚀过程及其相关因素，如腐蚀硅角度和最佳蚀刻时间等。

我们还将提供一些实践经验，以帮助读者在实际操作中更好地控制腐蚀过程，以达到最佳的蚀刻效果。

一、硅片腐蚀原理硅片在KOH溶液中的腐蚀是一种化学腐蚀过程，主要依靠氢氟酸和KOH的化学反应来实现。

硅片中的硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和硅氢键，这个反应是可逆的。

当溶液中存在足够多的OH⁻离子时，生成的硅氢键会进一步与OH⁻离子反应，生成水和KHS，从而加速了硅片的腐蚀过程。

二、腐蚀硅角度在KOH溶液中，硅片表面的腐蚀程度会受到角度的影响。

当硅片被放置在溶液中时，不同角度的倾斜会导致溶液在硅片表面的停留时间和渗透深度不同，从而影响腐蚀程度。

一般来说，当硅片与溶液呈45°角时，腐蚀程度最为均匀。

这是因为在这个角度下，溶液在硅片表面上的渗透深度和停留时间都相对均衡，从而保证了蚀刻效果的均匀性。

三、最佳蚀刻时间除了腐蚀硅角度外，蚀刻时间也是影响蚀刻效果的重要因素。

过短的蚀刻时间会导致硅片表面未充分腐蚀，而过长的蚀刻时间则会导致硅片表面过度腐蚀，影响最终的形状和尺寸精度。

因此，需要根据硅片的材质、厚度以及应用需求来选择合适的蚀刻时间。

一般来说，通过多次试验和经验积累，可以找到最佳的蚀刻时间，从而获得最佳的蚀刻效果。

四、实践经验分享1. 清洗硅片：在开始腐蚀之前，需要确保硅片表面干净，以避免杂质影响腐蚀效果。

可以使用超声波清洗剂来清洗硅片。

2. 控制温度：KOH溶液的温度会影响腐蚀速度，因此需要确保溶液温度适中，以获得最佳的蚀刻效果。

3. 保持恒定的蚀刻速度：在蚀刻过程中，可以通过控制溶液中的OH⁻离子浓度来保持恒定的蚀刻速度，从而保证蚀刻效果的均匀性。

4. 及时取出硅片：当达到预设的蚀刻时间时，需要及时将硅片取出，以免过度腐蚀。

5. 避免过度搅拌：过度搅拌会加速硅片的腐蚀速度，导致过度侵蚀，因此需要避免。

第34卷　第2期 半　导　体　情　报 V o l134,N o12　1997年4月 SE M I CONDU CTOR I N FORM A T I ON A p r11997硅的湿法化学腐蚀机理摘要　我们从晶体生长学的观点评述了单晶的湿法化学腐蚀。

出发点是晶体存在光滑表面和粗糙表面。

光滑表面的动力学是由粗糙表面所缺乏的成核势垒控制,所以后者腐蚀速率要快几个数量级。

对金刚石晶体结构的分析表明,在此晶格中(111)面是唯一的光滑表面,其它面只不过由于表面重构有可能是光滑的。

这样,我们解释了〈001〉方向在KO H∶H2O中的最小腐蚀速率。

关于接近〈001〉方向具有最小腐蚀速率时的腐蚀状态和在H F∶HNO3基溶液中从各向同性腐蚀向各向异性腐蚀转换的两个关键假设,都用实验进行了检测。

结果与理论一致。

1　引言单晶Si、GaA s和石英的各向异性湿法化学腐蚀是微系统制造的关键技术之一。

然而,在特定腐蚀液(例如:KO H∶H2O、ED P、TM A H)中腐蚀速率强烈的各向异性,以及在其它一些腐蚀液(例如:H F∶HNO3∶H2O)中的各向同性至今很难理解。

腐蚀速率的各向异性大部分与在不同结晶方向上晶体表面的化学反应有关。

在这方面,Seidel等人所提出的[1]也许是最新图象,他们假设了一个O H离子与悬挂键接触时的复杂性,相对于两个O H离子与具有两个主键的Si原子接触的情况来讲,它是以一种不同的方式改变了具有三个主键的Si 原子的主键能量。

但是,难点是Si原子不仅在(111)面,而且在(110)面也有三个主键,所以在这些结晶方向上的腐蚀速率和激活能相对实验证据应是可比的。

最近,有人建议用晶体生长的理论来分析单晶的湿法化学腐蚀数据[2],这样,许多实验结果就能很容易地被理解。

从晶体生长的基本理论可直接得知以下观点:(1)在某溶液中腐蚀速率的各向同性和在其它溶液中的各向异性,能给出决定腐蚀速率是否是各向同性或各向异性的判据,并且该判据与实验结果相当。