硅片腐蚀的目的原理

硅片腐蚀

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：2NaCl + 2H2O ==通电== 2NaOH + Cl2↑ + H2↑ 。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。

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-HNO3酸性系统会生成有毒的NOx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。

基本工艺要求 理想的刻蚀工艺必须具有以下特点：①各向异性刻蚀,即只有垂直刻蚀,没有横向钻蚀.这样才能保证精确地在被刻蚀的薄膜上复制出与抗蚀剂上完全一致的几何图形；②良好的刻蚀选择性,即对作为掩模的抗蚀剂和处于其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多,以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性,不致发生因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料；③加工批量大,控制容易,成本低,对环境污染少,适用于工业生产. 湿法刻蚀 这是传统的刻蚀方法.把硅片浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中,使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去 例如,用一种含有氢氟酸的溶液刻蚀二氧化硅薄膜,用磷酸刻蚀铝薄膜等.这种在液态环境中进行刻蚀的工艺称为“湿法”工艺,其优点是操作简便、对设备要求低、易于实现大批量生产,并且刻蚀的选择性也好.但是,化学反应的各向异性较差,横向钻蚀使所得的刻蚀剖面呈圆弧形（见图 ）.这不仅使图形剖面发生变化,而且当稍有过刻蚀时剖面会产生如图 中的虚线,致使薄膜上图形的线宽比原抗蚀剂膜上形成的线宽小2 ,并且 随过刻蚀时间迅速增大.这使精确控制图形变得困难.湿法刻蚀的另一问题,是抗蚀剂在溶液中,特别在较高温度的溶液中易受破坏而使掩蔽失效,因而对于那些只能在这种条件下刻蚀的薄膜必须采用更为复杂的掩蔽方案. 对于采用微米级和亚微米量级线宽的超大规模集成电路,刻蚀方法必须具有较高的各向异性特性,才能保证图形的精度,但湿法刻蚀不能满足这一要求. 干法刻蚀 70年代末研究出一系列所谓干法刻蚀工艺.干法刻蚀有离子铣刻蚀、等离子刻蚀和反应离子刻蚀三种主要方法. ① 离子铣刻蚀：低气压下惰性气体辉光放电所产生的离子加速后入射到薄膜表面,裸露的薄膜被溅射而除去.由于刻蚀是纯物理作用,各向异性程度很高,可以得到分辨率优于 1微米的线条.这种方法已在磁泡存储器、表面波器件和集成光学器件等制造中得到应用.但是,这种方法的刻蚀选择性极差,须采用专门的刻蚀终点监测技术,而且刻蚀速率也较低. ② 等离子刻蚀：利用气压为10～1000帕的特定气体（或混合气体）的辉光放电,产生能与薄膜发生离子化学反应的分子或分子基团,生成的反应产物是挥发性的.它在低气压的真空室中被抽走,从而实现刻蚀.通过选择和控制放电气体的成分,可以得到较好的刻蚀选择性和较高的刻蚀速率,但刻蚀精度不高,一般仅用于大于4～5微米线条的工艺中. ③ 反应离子刻蚀：这种刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作用.辉光放电在零点几到几十帕的低真空下进行.硅片处于阴极电位,放电时的电位大部分降落在阴极附近.大量带电粒子受垂直于硅片表面的电场加速,垂直入射到硅片表面上,以较大的动量进行物理刻蚀,同时它们还与薄膜表面发生强烈的化学反应,产生化学刻蚀作用.选择合适的气体组分,不仅可以获得理想的刻蚀选择性和速度,还可以使活性基团的寿命短,这就有效地抑制了因这些基团在薄膜表面附近的扩散所能造成的侧向反应,大大提高了刻蚀的各向异性特性.反应离子刻蚀是超大规模集成电路工艺中很有发展前景的一种刻蚀方法. 现代化的干法刻蚀设备包括复杂的机械、电气和真空装置,同时配有自动化的刻蚀终点检测和控制装置.因此这种工艺的设备投资是昂贵的.

目前越来越多的微加工中材料多为硅、石英等，硬度高、不导电，性脆，导致普通的机械加工无能为力，只能采用光刻、超声波、激光等手段来加工，但成本最低、工艺简单、应力最小的还属腐蚀工艺。

刻蚀工艺；

把未被抗蚀剂掩蔽的薄膜层除去，从而在薄膜上得到与抗蚀剂膜上完全相同图形的工艺。在集成电路制造过程中，经过掩模套准、曝光和显影，在抗蚀剂膜上复印出所需的图形，或者用电子束直接描绘在抗蚀剂膜上产生图形，然后把此图形精确地转移到抗蚀剂下面的介质薄膜（如氧化硅、氮化硅、多晶硅）或金属薄膜（如铝及其合金）上去，制造出所需的薄层图案。

刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜层除去，从而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。

刻蚀技术主要分为干法刻蚀与湿法刻蚀。干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀；湿法刻蚀主要利用化学试剂与被刻蚀材料发生化学反应进行刻蚀。

在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀。干法刻蚀是把硅片表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应（或这两种反应），从而去掉曝露的表面材料。干法刻蚀是亚微米尺寸下刻蚀器件的最重要方法。而在湿法腐蚀中，液体化学试剂（如酸、碱和溶剂等）以化学方式去除硅片表面的材料。湿法腐蚀一般只是用在尺寸较大的情况下（大于3微米）。湿法腐蚀仍然用来腐蚀硅片上某些层或用来去除干法刻蚀后的残留物。

基本工艺要求　理想的刻蚀工艺必须具有以下特点：①各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀。这样才能保证精确地在被刻蚀的薄膜上复制出与抗蚀剂上完全一致的几何图形；②良好的刻蚀选择性，即对作为掩模的抗蚀剂和处于其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多，以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性，不致发生因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料；③加工批量大，控制容易，成本低，对环境污染少，适用于工业生产。

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