硅晶片的酸基蚀刻：传质和动力学效应

引言

抛光硅晶片是通过各种机械和化学工艺制备的。首先，硅单晶锭被切成圆盘（晶片），然后是一个称为拍打的扁平过程，包括使用磨料清洗晶片。通过蚀刻消除了以往成形过程中引起的机械损伤，蚀刻之后是各种单元操作，如抛光和清洗之前，它已经准备好为设备制造。

硅晶片的化学蚀刻是通过将晶片浸入蚀刻剂中来完成的，蚀刻剂传统上是硝酸1HF和氢氧化钾稀释剂或氢氧化钾腐蚀性溶液的酸性混合物。本文讲述了腐蚀性晶体蚀刻的各种研究，并重点关注了酸基蚀刻剂的输运和动力学效应。

实验与讨论

实验在两种不同的设置中进行。大多数实验使用图1a所示的装置进行。在高压下与可选的氮气一起注入蚀刻器。当氮被选择性地引入时，它会在液体中保持良好的混合，并且部分以气泡的形式存在。图1b所示的另一个实验装置也被用于一些单晶片实验。在酸混合物浴中，可以以不同的转速蚀刻单个晶片。

图1：(a)蚀刻硅晶片的实验组件，(b)不同转速下单晶片蚀刻的实验装置

光滑抛光硅片的表面轮廓如图2a所示。从图中可以看出，在设备的分辨率范围内没有检测到表面不规则现象。抛光晶圆的LSP（图2b）没有显示出表面不规则性。然后，这些抛光的晶片在HF1硝酸磷酸的混合物中以5rpm的速度蚀刻。

很明显，表面的不规则性是由表面上形成的气泡引起的。随着晶片转速的增加，表面剪切强度和混合强度均有所增加。然而，非常强烈的气体喷射是不可取的，因为它可能通过降低有效传质电阻导致动力学影响条件，或通过过度的外部气泡覆盖导致蚀刻率下降。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图2：(a)光滑抛光晶圆的表面轮廓，光滑抛光硅片的(b) LSP

结论

粗糙硅片是一个以平均粗糙度f为特征的峰谷场。在受传质影响的系统中，由于局部传质电阻的差异，峰处的蚀刻速率高于谷处的蚀刻速率。因此，在存在耐传质抗性的情况下，就会发生化学抛光。英思特利用所提出的现象学模型和实验数据，解释了抛光效率（实际抛光速率与最大可能抛光速率的比值）与有效传质阻力与运动阻力比值的关系。

蚀刻反应的气体产物形成了固有的气泡，掩盖了硅片表面的局部位置，这导致了表面的不规则性，这可以用气泡掩蔽效应来解释。气泡脱离表面的影响，以及气泡和高频通过传质膜的传输，这些都是一个有效的传质电阻。在没有过度气泡掩蔽效应的情况下，抛光效率随有效传质阻力与动力学电阻之比而提高，达到最佳状态，然后降低。

江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。

审核编辑：汤梓红