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引言

與硅器件、電路和系統(tǒng)相關(guān)的研究和制造通常依賴于硅晶片的濕化學(xué)蝕刻。深度蝕刻和微加工、成型和清洗需要使用液體溶液溶解硅。此外，濕化學(xué)通常用于單晶硅材料中的缺陷描繪。本文綜述了工程師們使用的典型濕化學(xué)配方。盡可能多的來源已被用來提出一個蝕刻劑和工藝的簡明清單。

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晶圓清洗

通常使用一系列化學(xué)物質(zhì)來清洗硅晶片。該序列首先由RCA實驗室開發(fā)，因此通常被稱為RCA過程。這種化學(xué)順序不會侵蝕硅材料，而是選擇性地去除殘留在晶片表面的有機和無機污染物。以下是典型的RCA流程；在整個工業(yè)中，對順序和化學(xué)比例的排序有許多變化。

一般清洗:一般清洗是通過使用硫酸和過氧化氫的混合物來完成的。混合這些化學(xué)物質(zhì)是危險的，會產(chǎn)生極高的熱量。這種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的清洗去除了晶片上的有機和無機污染物。建議清洗2-10分鐘。清潔步驟后，需要在去離子水中進行強力沖洗。

·顆粒去除:在5∶1∶1的去離子水∶氫氧化銨∶過氧化氫混合物中的兆頻超聲波清洗(約70 ℃)將從晶片上去除二氧化硅和硅顆粒，以及去除某些有機和金屬表面污染物。建議清洗2-10分鐘。清潔步驟后，需要在去離子水中進行強力沖洗。

·氧化物去除:在1:20的HF:DI水中浸泡15-60秒將去除晶片表面的自然氧化物層和氧化物中的任何污染物。HF極其危險，必須小心處理。清潔步驟后，需要在去離子水中進行強力沖洗。

·金屬污染物去除:在6∶1∶1比例的去離子水HCL過氧化氫混合物中的兆頻超聲波清洗(大約70 ℃)將去除某些離子和金屬表面污染物。建議清洗2-10分鐘。清潔步驟后，需要在去離子水中進行強力沖洗。

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各向異性氫氧化鉀蝕刻

KOH是用于微加工硅晶片的最常用的硅蝕刻化學(xué)物質(zhì)之一。各向異性KOH蝕刻速率與取向的關(guān)系KOH蝕刻速率受到硅的結(jié)晶取向(各向異性)的強烈影響。表1將KOH的硅取向相關(guān)蝕刻速率(m min-1)與70°c蝕刻溫度下的晶體取向相關(guān)聯(lián)。括號中是相對于的標(biāo)準(zhǔn)化值。平面是一個非常慢的蝕刻平面，它緊密堆積，每個原子只有一個懸掛鍵，并且總體上是原子級平坦的。如上所示，主平面的強臺階和鄰接表面通常是快速蝕刻表面。

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KOH蝕刻速率與成分和溫度的關(guān)系

表2將KOH的硅取向依賴性蝕刻速率與百分比組成、溫度和取向相關(guān)聯(lián)。表2直接取自[2]。與所有濕化學(xué)蝕刻溶液一樣，溶解速率是溫度的強函數(shù)。在較高的溫度下顯著較快的蝕刻速率是典型的，但是在蝕刻速率更快的情況下，不太理想的蝕刻行為也是常見的。此外，重硼摻雜會顯著硬化硅并急劇降低蝕刻速率。

各向異性TMAH(氫氧化四甲銨)蝕刻

類似于KOH蝕刻，TMAH通常用于快速去除和硅微加工。TMAH蝕刻速率與取向的關(guān)系TMAH蝕刻速率的取向依賴性類似于KOH，并且類似地根據(jù)晶面的原子組織而變化。表3將TMAH(20.0重量%，79.8℃)的硅取向依賴性蝕刻速率與取向相關(guān)聯(lián)。表3直接取自[6]。

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結(jié)論

已知有許多濕法化學(xué)蝕刻配方用于蝕刻硅。這些工藝用于各種應(yīng)用，包括微機械加工、清洗和缺陷描繪。蝕刻劑的具體行為和速度會因?qū)嶒炇噎h(huán)境和具體工藝而異。