【正文】 刻蝕是利用合適的化學(xué)試劑先將未被光刻膠覆蓋的晶片部分分解，然后轉(zhuǎn)成可溶性的化合物以達(dá)到去除的目的。這種刻蝕技術(shù)主要是借助腐蝕液和晶片材料的化學(xué)反應(yīng)，因此我們可以借助化學(xué)試劑的選取、配比以及溫度的控制等來達(dá)到合適的刻蝕速率和良好的刻蝕選擇比。一般濕法刻蝕是各向同性的(isotropic)，一次再把光刻圖形轉(zhuǎn)移到晶片上的同時(shí)，腐蝕也會(huì)向著橫向進(jìn)行。這樣會(huì)使圖形產(chǎn)生失真，甚至使元件的線寬失真。因此濕法刻蝕逐漸被干法刻蝕技術(shù)取代。 濕法刻蝕最早的刻蝕技術(shù)是利用溶液與薄膜間所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，來去除薄膜未被光刻膠覆蓋的部分，而達(dá)到刻蝕的目的。這種蝕刻方式也就是所謂的濕法刻蝕技術(shù)。濕法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是程序單一，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且成本低，產(chǎn)量高，并且具有良好的刻蝕選擇比。濕法刻蝕常利用氧化劑(例如刻蝕硅、鋁的硝酸)將被刻蝕材料氧化，形成氧化物(例如SiOAl2O3)，再利用另一溶劑(例如硅刻蝕中的氫氟酸HF、鋁刻蝕中的磷酸H3PO4)來將此氧化物溶解，并隨溶液排除，然后新的氧化層再度形成。如此便可達(dá)到刻蝕的效果。 濕法刻蝕的過程(1) 反應(yīng)物擴(kuò)散到欲被刻蝕材料的表面；(2) 反應(yīng)物與被刻蝕材料反應(yīng)；(3)反應(yīng)后的產(chǎn)物離開刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，隨溶液被排出。在上述三步反應(yīng)中，進(jìn)行速度最慢的就是控制刻蝕速率的步驟，也就是說，該步驟的進(jìn)行速率就是反應(yīng)速率。通常情況下，是通過控制溶液的濃度和反應(yīng)溫度來控制反應(yīng)的速度。溶液濃度制約著反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物到達(dá)或離開反應(yīng)表面的速度，而溫度控制著化學(xué)反應(yīng)的速度。 二氧化硅的濕法刻蝕由于在室溫下氫氟酸與二氧化硅的反應(yīng)速率比較快，所以是濕法蝕刻二氧化硅的最佳溶劑，在刻蝕液中存在如下的電離平衡。HF—H++F腐蝕時(shí)，腐蝕液中的六個(gè)氟離子，與二氧化硅中的一個(gè)硅離子結(jié)合生成負(fù)二價(jià)的六氟 硅酸根絡(luò)離子[(SiF6)2]。它必然要與兩個(gè)氫離子結(jié)合．生成六氟硅酸(H2SiF6)。同時(shí)，腐蝕液中的四個(gè)氫離子與二氧化硅中的兩個(gè)氧離子結(jié)合生成兩個(gè)水。由于六氟硅酸是可溶性的絡(luò)合物，使得SiO2膜被HF、所溶解，其反應(yīng)式可表示為： Si02+6HF — H2(SiF6)+2H20顯然，F(xiàn) 和 H+的濃度愈大，反應(yīng)速度愈快，并且所消耗的F和H+是等量的。如果在腐蝕液中加入氟化銨，它在水溶液中將電離成銨離子和氟離子。此時(shí)，腐蝕液中F濃度增大，式(64)中的電離平衡遭到破壞，向生成HF的方向移動(dòng)。這樣就降低了溶液中的H+濃度，使HF和SiO2的反應(yīng)速度減弱，起著緩沖的作用。所以，氟化銨稱為緩沖劑。這種加有緩沖劑氟化銨的HF溶液，習(xí)慣上稱為HF緩沖液。常用的配方為HF : NH4F : H20 = 3毫升：6克：10毫升，其中HF是45％的濃氫氟酸。以緩沖氫氟酸蝕刻溶劑(HF／NH4F)來蝕刻二氧化硅層，化學(xué)反應(yīng)式如下：SiO2+4HF+2NH4F == (NH4)2SiF6+ 2H2O 影響腐蝕質(zhì)量的因素①粘附情況 粘附性光刻膠與SiO2表面粘附良好是保證腐蝕質(zhì)量的重要條件，粘附不良，腐蝕液沿界面的鉆蝕會(huì)使刻蝕圖形邊緣不齊，圖形發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)使整個(gè)圖形遭到破壞；②二氧化硅的性質(zhì) 有不同的腐蝕特性，例如，濕氧氧化的SiO2的腐蝕速度大于干氧氧化的腐蝕速度，低溫沉積生長(zhǎng)的SiO2的腐蝕速度比干氧和濕氧生長(zhǎng)的SiO2都要大。③二氧化硅中的雜質(zhì)和含量 造成腐蝕速度的差異，如硼硅玻璃，在HF緩沖劑腐蝕液中很難溶解，磷硅玻璃與光刻膠粘附性差，不耐腐蝕，易出現(xiàn)鉆蝕和脫膠等現(xiàn)象；④腐蝕溫度 腐蝕溫度對(duì)腐蝕速度影響很大，溫度越高，腐蝕速度愈大，如圖61所示，腐蝕SiO2的溫度，一般在30～40℃范圍，不宜過高或過低，溫度過高，腐蝕速度過快，不易控制，產(chǎn)生鉆蝕現(xiàn)象，溫度太低，腐蝕速度太慢，膠膜長(zhǎng)期浸泡，易產(chǎn)生浮膠；⑤腐蝕時(shí)間 腐蝕時(shí)間取決于腐蝕速度和氧化層厚度。對(duì)它的控制是很重要的，腐蝕時(shí)間太短，氧化層未腐蝕干凈，影響擴(kuò)散效果(或電極接觸不良)，腐蝕時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)造成邊緣側(cè)向腐蝕嚴(yán)重，使分辨率降低，圖形變壞，尤其是光刻膠膜的邊緣存在過渡區(qū)時(shí)，更易促使側(cè)蝕的進(jìn)行。 硅的刻蝕在半導(dǎo)體制造過程中，硅的重要性和普及性是其它材料所不能比擬的，所以，對(duì)于硅的蝕刻方法，也是當(dāng)前人們討論的重點(diǎn)。硅的去除可以使用硝酸與氫氟酸的混合溶液來進(jìn)行，其原理是先利用硝酸將材質(zhì)表層的硅氧化成二氧化硅，然后用氫氟酸把生成的二氧化硅層溶解并除去，其反應(yīng)方程式如下：Si + HNO3 + 6HF = H2SiF6 + HNO3 + H2 + H2O隨著當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于蝕刻深度和蝕刻寬度的要求越來越精確，所以，人們除了尋找更好的新蝕刻溶液之外，還常采取加人緩沖劑來抑制組分的解離的辦法。其中，比較常用的緩沖溶劑就是醋酸。在硝酸和氫氟酸的混合溶液中加入醋酸之后，混合溶液實(shí)際上成為了H2NO3HFCH3COOH和水的四組分體系，而各種配比的這種四組分體系的蝕刻溶液都比單純的．HNO3HF溶液蝕刻出的硅片表面光滑平整。至于蝕刻反應(yīng)速率的調(diào)整，則可以借由改變硝酸和氫氟酸的配比再配合緩沖溶劑的添加或者是水的稀釋來控制。此外，我們也可以使用含KOH的溶液進(jìn)行刻蝕，OH蝕刻溶液常用KOH、H2O和(CH3)2CHOH的混合液，硅在KOH系統(tǒng)中的蝕刻機(jī)制反應(yīng)式如下： KOH + H2O = K+ + 2OH + H+ Si + 2OH + 4H2O = Si(OH)62 + 2H2即首先將硅氧化成含水的硅化物。其絡(luò)合反應(yīng)可以用如下式子進(jìn)行表示：Si(OH)62 + 6 (CH3)2CHOH = [Si(OCH3H7)6]2 + 6H2O由上述反應(yīng)方程式可以得知，首先，KOH將硅氧化成含水的硅化合物，然后與異丙酸反應(yīng)，形成可溶性的硅絡(luò)合物，這種絡(luò)合物不斷離開硅的表面，水的作用是為氧化過程中提供OH。參考文獻(xiàn)[1]李俊峰，中國(guó)光伏發(fā)電商業(yè)化發(fā)展報(bào)告，中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2001[2]太陽電池用氮化硅薄膜及氫鈍化研究，王曉泉. [D]浙江大學(xué), 2003[3]劉森元，太陽能熱利用的理論基礎(chǔ)，中國(guó)太陽能學(xué)會(huì)[4]半導(dǎo)體薄膜技術(shù)與物理，[D]葉志鎮(zhèn)/浙江大學(xué)出版社。2008[5]上海矽裕電子科技有限公司，濕法工藝 ， 上海工業(yè)出版社，1990結(jié)束語致謝湯老師的殷勤指導(dǎo)！謝謝