硅片的腐蚀

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对于硅片腐蚀电位，下面是详细的解释。

硅片腐蚀电位的理论基础与影响因素1. 硅片腐蚀电位概述硅片腐蚀电位是指在硅片表面进行化学腐蚀时所需的电位值。

在硅片工艺中，腐蚀是一项重要的加工步骤，而腐蚀电位则直接影响着腐蚀过程的控制和效果。

2. 影响硅片腐蚀电位的因素a. pH值：溶液的pH值对腐蚀电位有着直接的影响，不同pH 值下硅片的腐蚀电位会有所差异。

b. 温度：溶液温度对腐蚀电位也有显著影响，通常情况下，温度越高，腐蚀电位越低。

c. 溶液成分：不同的溶液成分对硅片腐蚀电位也有着不同的影响，例如氧化剂、还原剂等都会对腐蚀电位产生影响。

硅片腐蚀电位的实验测定方法1. 极化曲线法极化曲线法是一种常用的测定硅片腐蚀电位的方法。

通过在特定条件下施加电势，观测电流随时间的变化，从而得到硅片的腐蚀电位。

2. 电化学阻抗谱法电化学阻抗谱法也是一种常用的测定方法，通过对不同频率的交流电信号的响应，得到硅片在不同电位下的阻抗谱，从而推断腐蚀电位。

硅片腐蚀电位的应用与意义1. 工艺优化通过准确测定硅片的腐蚀电位，可以优化腐蚀工艺参数，提高工艺的稳定性和可控性。

2. 质量控制腐蚀电位可以作为一个重要的质量控制参数，用于监控硅片腐蚀过程的稳定性，保证产品质量。

3. 新材料研发在新材料的研发过程中，腐蚀电位的测定可以帮助研究人员了解材料的耐蚀性能，指导新材料的设计与改进。

结语硅片腐蚀电位作为一个重要的工艺参数，在硅片工艺与新材料研究中具有重要意义。

深入了解硅片腐蚀电位的理论基础与测定方法，有助于推动相关领域的科研与工程实践。

硅片的化学腐蚀方法《硅片的化学腐蚀方法》嘿，你知道硅片不？这硅片啊，在电子产业里那可是相当重要的角色。

就像咱们做菜得有食材一样，电子设备的制造里，硅片就是那关键的食材。

今天呢，我就来和你唠唠硅片的化学腐蚀方法，这可真是个有趣又有点小复杂的事儿。

我记得有一次啊，我去参观一个半导体工厂。

一进去，就看到那些穿着白大褂、戴着护目镜的工作人员，他们在实验室里就像是一群神秘的魔法师，而硅片就是他们即将施展魔法的对象。

那硅片啊，看起来就是一片亮晶晶的薄片，放在特制的盘子里，感觉特别脆弱又特别宝贝。

言归正传，硅片的化学腐蚀方法呢，首先得有合适的腐蚀液。

这腐蚀液就像是一把特制的钥匙，专门用来打开硅片表面微观结构的大门。

比如说，氢氟酸和硝酸的混合溶液就是一种常用的腐蚀液组合。

氢氟酸这东西啊，可得小心着点儿，它可是相当厉害的，就像一个调皮捣蛋的小恶魔，稍微不注意沾到手上，那感觉可不好受。

我在参观的时候，就看到工作人员在调配腐蚀液的时候，那动作小心翼翼的，就像在照顾刚出生的小婴儿一样。

把硅片放进腐蚀液里，这就开始了腐蚀的过程。

你可以想象一下，硅片就像一块小饼干，腐蚀液就像一群小小的蚂蚁，一点一点地啃食着硅片。

不过这可不是乱啃的哦，这是按照一定的化学原理进行的。

硅原子在腐蚀液里就像是被一群看不见的小怪物拉走了，慢慢地，硅片的表面就开始发生变化。

这个腐蚀的速度也是有讲究的。

如果腐蚀得太快，那就像是一场暴风雨把庄稼都给冲坏了一样，硅片可能就会被过度腐蚀，变得不符合要求。

如果腐蚀得太慢呢，就像蜗牛爬一样，效率太低，生产的时间成本可就上去了。

在那个工厂里，我看到他们有专门的仪器来监测腐蚀的速度。

那些仪器上有好多小灯和显示屏，就像科幻电影里的控制台一样，工作人员时不时地就去瞅一眼，看看腐蚀的情况是不是正常。

而且啊，这腐蚀的均匀性也很关键。

我看到一块硅片在腐蚀之后，工作人员拿起来在灯光下仔细地看。

那表情就像是在挑挑拣拣的买菜大妈，特别认真。

KOH溶液中（110）硅片腐蚀特性的研究KOH溶液中(11O)硅片腐蚀特性的研究贾翠萍,董玮,徐宝琨,潘(吉林大学电子科学与工程学院集成光电建旋,周敬然,陈维友子国家重点实验室,长春130012)摘要:研究了在KOH溶液中(110)硅片的腐蚀特性,在保证(1l0)面的平整和{ll1}面的光滑的腐蚀实验条件下,利用(1l0)面和{ll1}面腐蚀选择比大,采用湿法腐蚀技术可以制作高深宽比结构的方式,在(1l0)硅片上设计制作出光开关用微反射镜.在腐蚀过程中光开关悬臂的凸角处产生了削角现象,利用表面硅原子悬挂键的分布特征对产生削角的原因作了合理解释,这为以后研究凸角补偿提供了理论依据.关键词:KOH溶液:(1l0)硅片:凸角;悬挂键中图分类号:TN405.98文献标识码:A文章编号:1003.353X(2005)06.0052.04 StudyontheCharacteristicsofthe(1lo)SiliconEtchedinK0HSolutionJIACui—ping,DONGWei,XUBao—kun,PANJian—xuan,ZHOUJing—ran,CHENWei —youLStateKeyLabonIntegrateOptoelectronics.CollegeofElectronicSciences&Enginee ring,JilinUniversity,Changchgin13O012,China)Abstract:Thecharacteristicsofthe(110)siliconetchedinKOHsolutioniSstudied.Onthe experimentalconditionoftheflatetched(110)planeandthesmooth{111}planes,thehigh—respect—ratiostructurecanbefabricatedduetothehighetchratioofthe(110)planeto{111}planes.Inthi sway,themicromirrorfortheopticalswitchcanbefabricatedinthe(1101silicon.Butwhentheb eamoftheopticalswitchisformed,undercutOccursontheconvex.Anditcanbeexplainedbythe danglingbondsofthesiliconatom,whichisthebasictheoryforthefurtherstudyoftheconvex compensation.Keywords:KOHsolution;(110)silicon;convex;danglingbonds1引言采用KOH溶液进行各向异性腐蚀硅是微机械加工中的一项重要技术,利用它可以形成方形,矩形的硅膜片以及其他复杂的三维结构,在传感器,执行器及微机械制作领域具有非常广泛的应用.有关(100)硅片的各向异性腐蚀技术的研究和应用比较多,而(1l0)硅片在腐蚀时,表现出与(100)硅片不同的特性,能够形成的垂直于衬底的{lll}面,可以提供大面积,高质量的光学表面,在光基金项目:国家重点计划863项目(2002AA312023)52半导体技术第30卷第6期学领域具有广泛的应用.在KOH溶液中,腐蚀(1l0)面与{lll}面的选择比很高,可以形成高深宽比微结构.利用可以实现高深宽比结构的方式在(1l0)硅片上制作的微反射镜【1】已应用于分束器,硅标准器,法布里.珀罗干涉仪和迈克尔逊干涉仪等.本文主要研究了在KOH溶液中(1l0)硅片的腐蚀特性,即KOH溶液的浓度和温度对腐蚀的(1l0)衬底表面和垂直于衬底的{lll}侧面平整度和光滑性的影响.利用在KOH溶液中(1l0)面和{lll}面腐蚀选择比大的特点,可以在(1l0)硅片上设计制作光开关用微反射镜.但在腐蚀过程2005年6月2tr.#-g丝术■log)中,光开关悬臂凸角处产生了削角,本文从表面硅原子悬挂键}2_,】的分布特征对削角产生的原因进行了解释.2实验研究在(110)硅片上有4个与硅片水平(110)面垂直的{111}面,它们分别是(1.I1),(一11—1),(_l11)和(1_I_I),如图1所示.这四个晶面两两平行,彼此间的夹角为70.53..实验中首先用扇形定位结构[4】在(110)硅片上精确确定{111}晶面的方位.在光刻对版时,图形方位与晶体内部{1l1}面的方位稍有偏离,腐蚀出的{111}侧面就会出现侧棱现象.因此为得到光滑平整的{111}面,必须采用定位结构来确定{111}晶面方位.腐蚀后得到侧面为垂直于(110)面的U形槽结构,如图2所示.u型槽的侧面是{111}面,底面为(110)面.图l(1l0)硅片上{ll1}面的分布情况{lll}面图2KOH溶液腐蚀后的(1l0)面和{lll}面采用KOH溶液腐蚀在(110)硅片上制作微结构,不仅要有垂直光滑的{1111侧面,也需要有平整的(110)底面.因此进行器件结构制作前要对它们在KOH溶液中腐蚀呈现表面平整光滑的条件有所了解.图3为温度为70℃不同浓度KOH溶液利用磁力搅拌器腐蚀的(110)面情况.由图中可以明显看到KOH溶液浓度低于40%时,腐蚀得到一簟■一■图370℃不同浓度KOH溶液腐蚀(1】0)面的SEM图的(110)表面有许多的棱状结构,整个表面起伏不平;而溶液浓度大于40%时,(110)面的表面出现丘状突兀,同样表面也是凸凹不平;只有溶液浓度在40%的情况下腐蚀得到的(110)面平整性比较好.因此,实验选用浓度为40%的KOH腐蚀溶液.除了KOH溶液浓度对腐蚀的(110)面有影响外,腐蚀液的温度也是必不可少的考虑因素.图4为不同温度下40%KOH溶液腐蚀的(110)面.由图可以直接观察到腐蚀的(110)面随KOH溶液温度的升高光滑度有所增加.一一■_-图4不同温度40%K0H溶液腐蚀(1】0)面的SEM图实验还发现,{111}面的光滑程度随KOH溶液浓度和温度的变化基本保持不变.70℃下40%的KOH溶液腐蚀的{111}面,用原子力显微镜测量其粗糙度仅为10nm,是较好的光学表面.(110)面和{111}面在KOH溶液中腐蚀速率有很大的差别,图5为(110)面与{111}面的选择比随70~C下KOH溶液浓度的变化情况.K0H溶液浓度在30%～50%,(110)面与{111}面的选择比都在130以上,利用这个特性可以设计制作高深宽比微结SemiconductorTechnologyV o1.30No.653=一:～^=丑辙蚓K0H浓度/wt%图5(1l0)面与{lll}面的选择比随70℃下KOH溶液浓度的变化构.我们在(110)硅片上已制作出了应用于光开关的微反射镜.图6为微反射镜的扫描电镜图,该反射镜的垂直性优于在(100)硅片上制作的微反射镜.图6(1l0)硅片上制作的微反射镜SEM图在(110)硅片上制作光开关,用KOH溶液腐蚀制作悬臂时,悬臂凸角处产生了削角现象,如图7所示,A+,B+定义为凸角,由图可以看出A+,B+两凸角处出现了很明显的削角.产生凸角现象的原因可以通过分析凸角处的表面硅原子悬挂键的分布特征来解释.图8是凸角处表面硅原子的悬挂键情况,由图可以看出对应于A+凸角顶端处的硅原子AA'连线上每个硅原子有两个悬挂键,而相邻的处于{111}面上的每个硅原子只有一个悬挂键.由于两处表面硅原子悬挂键的密度不同,即凸角A+处表面硅原子的悬挂键密度比相邻的处于{111}面上的表面硅原子悬挂键密度大, 致使在化学反应中两处的稳定性有差别,凸角处的54半导体技术第30卷第6期图7KOH溶液腐蚀后的光开关悬臂A图8凸角腐蚀速率较{111)面的大,由此产生了凸角削角.再看B+凸角处BB'连线附近的硅原子悬挂键情况, 和{111}表面硅原子一样,每个硅原子也只有一个悬挂键.但是凸角处表面硅原子的排列密度比{111}面的要大,换句话也可以说是凸角处表面硅原子的悬挂键密度较{111}面硅原子的大.同样由于悬挂键密度的差异使得凸角处和相邻{111}面的腐蚀速率不一致,凸角处的腐蚀速率比{111}面的大,在该处也产生了削角现象.为进一步完善器件的结构,需要进行合理的凸角补偿设计,这部分工作有待于进一步的研究.3结论用KOH溶液腐蚀(110)硅片,腐蚀出垂直于衬底表面的{111}面可以提供大面积,高质量的光学表面,并已被应用到很多的光学元件中.实验研究了KOH溶液浓度和温度对腐蚀的(110)面和{111}面平整度和光滑性的影响,70℃,40%的KOH溶液腐蚀的(110)面比较平整,并且40%KOH溶液腐蚀的(110)面随溶液温度的升高,光滑度有所增加,而腐蚀出的{111}面的平整2005年6月支撑丝木■ii面ogY性基本不随KOH溶液温度和浓度改变.在70℃下KOH溶液浓度为40%的条件下腐蚀出的{111}面,用原子力显微镜测得其表面粗糙度仅为10nm,是较好的光学表面.并且在70℃时KOH溶液浓度在35%～50%范围内测得(110)面和{111{面的选择比都在130以上,可以利用这种特性和相应的工艺条件设计制作高深宽比微结构.我们在(110)硅片上已设计制作出光开关用微反射镜,垂直性优于在(1O0)硅片上制作的反射镜.但在用KOH溶液腐蚀制作光开关悬臂时,悬臂凸角处产生了削角现象,本文从硅原子悬挂键的分布特征对产生削角的原因做了解释,为以后完善器件结构,进行补偿图形的设计提供了较好的理论依据.参考文献:【11UENISHIY,TSUGAIM,MEHREGANYMl Microoptomechanicaldevicefabricatedbyanisotro—picetchingof(100)silicon[J].JMicromechMicroeng, 1995,5:305—312.【2】PALIKED,eta1.Ellipasometricstudyoforientation—dependentetchingofsiliconinaqueousKOH【J】.J Electrochem.Soc,1985,132(4):871.【31PALIKED,eta1.Studyoftheetch—stopmechanism insilicon[J].JElectrochemSoc,l982,l29(9):2051.【4】CIARLODR.Alatchingaccelerometerfabricatedby theanisotropiCetchingOf(110)Orientedsilic0nwafers[J】.JMicromechMicroeng,l992,2:12一l3.(收稿日期:2004l201)作者简介:贾翠萍(1979.),女,山东人,博士研究生,主要研究方向为MOEMS光通信器件;陈维友(1965一),男,博士生导师,主要从事OEDCAD和光电通信器件的研究.(上接第51页)时,R.川.等于O.026(K/W),即使其厚度为100uin,R.All.h也只等于0.131(K/W);当选用热沉粘接胶Ablefilm5020K,:O.7W/m?K,同时其厚度等于20laIll时,.h等于1.457(K/W),当其厚度为1001.tin时,.A¨.h等于7.286(K/W);当我们选用导电型芯片粘接胶Ablebond84—1LMISR4,=2.5W/m?K,同时其厚度等于20l-t1"13时,R.All.h等于0.408(K/W),当其厚度为100lain时,.Alt.h等于2.041(K/W).因此,选用不同的粘接材料对其热阻存在很大的影响,同时,在印刷或涂敷芯片粘接材料时,如何降低材料厚度也十分重要.4结语LED芯片结温最高允许125℃,如果其最差工作环境温度为65℃,则对一个1W的大功率LED来说,考虑到从大功率器件外部热沉的热阻一般为4O(K/W),器件pn结至器件的热阻应小于20(K/W).而对一个5w的大功率LED来说,如果其最差工作环境温度为65℃,则从pn结至环境的热阻要小于12w才能保证芯片结温不超过125℃,而如果选用Ablefilm5020K热沉粘接胶,=O.7w/Ill?K同时其厚度为100laIll,仅芯片粘贴材料的热阻..h就等于7.286(K/W).因此,在Flipchip大功率LED器件的封装中,选用合适的芯片衬底粘贴材料并在批量生产工艺中保证粘贴厚度尽量小,对保证器件的可靠性和出光特性是十分重要的.参考文献:【l】DANIELAS,JEROMECB,DAVEC,eta1.Illumination withsolidstatelightingtechnology[J】.IEEEJonSe- lectedTopicsinQuantumElectronics,2002,8(2):310—320.【2】ApplicationBriefAB23,ThermaldesignconsiderationsforLuxeon5wattpowerlightsources【EB/0L】.http://WWW.1um订.2002—0l—O8.【3】ThermalmanagementofgoldendragonLED[EB/OL].http://www.osram?.2002—0l—l1.(收稿日期:2004ll05)作者简介:余彬海(1965.),男,湖北鄂州人,博士后,电子高级工程师,l997年4月毕业于华中理工大学机电一体化专业,获工学博士学位,现在佛山市国星光电科技有限公司任副总经理,总工程师,主要从事半导体发光器件和半导体照明产品开发工作,专业是半导体发光器件和半导体照明技术研究,主要研究方向为新型大功率发光器件,器件可靠性.SemiconductorTechnologyV o1.30No.655。

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。

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。

硅片腐蚀率的因素
硅片腐蚀率的主要因素包括以下几点：
1. 浓度：腐蚀液的浓度是影响腐蚀速率的重要因素。

通常情况下，浓度越高，腐蚀速率越快。

2. 温度：温度是影响腐蚀速率的重要因素之一。

一般来说，温度越高，腐蚀速率越快。

3. 接触时间：腐蚀物质与硅片接触的时间也会对腐蚀速率产生影响。

接触时间越长，腐蚀速率越快。

4. 溶液pH值：溶液的pH值也会对腐蚀速率产生影响。

pH值过高或过低都会加速硅片的腐蚀。

5. 氧气浓度：氧气的浓度也会对硅片的腐蚀速率产生影响。

氧气浓度越高，腐蚀速率越快。

6. 杂质含量：腐蚀液中杂质的含量会直接影响腐蚀速率。

杂质含量越高，腐蚀速率越快。

7. 溶液搅拌：溶液的搅拌方式和强度也会对硅片的腐蚀速率产生影响。

搅拌充
分能够加速腐蚀反应，提高腐蚀速率。

以上是硅片腐蚀率的一些主要影响因素，不同情况下可能还会有其他因素的影响。