如何控制腐蚀反应温度及混合比例？

硅片经过磨削后，表面有一定深度的机械应力损伤层，有金属离子等杂质的污染，通常采用化学腐蚀工艺来消除这些影响。化学腐蚀是在一定浓度和一定温度下，碱溶液或酸溶液与硅片发生化学反应，从而达到硅片表面均匀的化学减薄。

1.碱腐蚀 这是各向异性的化学腐蚀工艺，其腐蚀速率与硅片的各个结晶方向有关。腐蚀速率虽慢，但可保证硅片表面平坦。表面粗糙易吸附杂质。碱腐蚀常用的化学药品为KOH或NaOH。常用KOH饱和溶液，其含量在质量分数30%～45%，腐蚀反应温度在80～100℃。其化学反应式为

Si+2KOH+H₂O→K₂SiO₃+2H₂↑或Si+2NaOH+H₂O→Na₂SiO₃+2H₂↑

碱腐蚀速率随KOH的浓度增加而加大；但到一个最大值后，会随KOH的浓度更进一步的增加而递减。为此，KOH的含量常选用在质量分数40%～45%之间。碱腐蚀速率与硅片表面的机械损伤程度有关。一旦损伤层完全去除后，腐蚀速率会变得缓慢。碱腐蚀后硅片表面的平行度比较好，但相对比较粗糙。碱腐蚀去除量如下：

﹤111﹥ （10±3）μm

﹤100﹥ （15±4）μm

2.酸腐蚀 这是各向同性的化学腐蚀工艺，硅片的各个结晶方向会受到均匀的化学腐蚀。酸腐蚀的腐蚀速率较快，硅片表面比较光亮，不易吸附杂质；但平面度差，控制不好易成“枕形”，即为表面两边薄中间厚形状。酸腐蚀所用化学药品纯度比较高，费用较贵，故成本比碱腐蚀高。常用的酸腐蚀液是由不同比例的硝酸、氢氟酸和缓冲剂（醋酸或磷酸等）所组成。酸腐蚀液中的硝酸、氢氟酸的混合比例大约在1～5之间。为了减少金属扩散进硅片表面的可能性，腐蚀温度需控制在18～24℃之间。酸腐蚀工艺首先是利用硝酸（NHO₃）来氧化硅片表面；然后硅片表面所形成的氧化物被氢氟酸（HF）溶解而去除。硝酸（NHO₃）是一种氧化剂，而氢氟酸（HF）则为溶剂，其腐蚀化学反应式为

Si+2HNO₃→SiO₂+2HNO₂ （7-15）

2HNO₂→NO+NO₂+H₂O （7-16）

SiO₂+6HF→H₂SiF₆+2H₂O （7-17）(www.xing528.com)

当酸腐蚀液中含有较高的氢氟酸时，硅片的腐蚀速率由硝酸的含量所决定，当酸腐蚀液中含有较高的硝酸时，其腐蚀速率取决于氧化物的溶解速率。

酸腐蚀液中的缓冲剂不仅有缓冲腐蚀速率的作用，它还是很有效的界面活性剂。醋酸具有较高的蒸气压，在酸腐蚀液中的含量较不稳定。磷酸虽可改善硅片表面的粗糙度，但会降低腐蚀速率。

酸腐蚀去除量如下：

﹤111﹥ （10±3）μm

﹤100﹥ （15±4）μm对大直径硅片一般采用酸腐蚀工艺。

德国RENA公司生产全自动酸腐蚀设备。该腐蚀工艺自动化程度高，温度控制精度高，可以有选择地对硅片上表面或下表面进行腐蚀，也可有选择地对距硅片边缘一定宽度（如2～3mm）的边缘表面进行腐蚀。

酸腐蚀控制的工艺参数有腐蚀量、厚度、TTV、表面状态。表7-5列出碱腐蚀工艺与酸腐蚀工艺比较。

表7-5碱腐蚀工艺与酸腐蚀工艺比较