介紹

本文通過(guò)詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)研究，闡明了在富含HF的高頻/HNO3混合物中對(duì)硅的濕式化學(xué)蝕刻的機(jī)理。蝕刻實(shí)驗(yàn)后，我們進(jìn)行進(jìn)行了化學(xué)分析并研究了蝕刻速率與溫度、蝕刻劑的硅含量利用率和攪拌速度的函數(shù)關(guān)系。此外，用離子色譜法測(cè)定稀釋蝕刻劑溶液中亞硝酸鹽離子濃度作為濃縮蝕刻劑中活性NIII的參數(shù)，確定了兩種不同的蝕刻機(jī)制。在亞硝酸鹽濃度高的區(qū)域，蝕刻速率明顯與亞硝酸鹽濃度無(wú)關(guān)。在較低的亞硝酸鹽濃度下，蝕刻速率隨亞硝酸鹽c呈線性降低。

實(shí)驗(yàn)

所有實(shí)驗(yàn)都是在受控的準(zhǔn)等溫條件下，為了測(cè)定蝕刻率，硅試樣直徑3英寸，雙面拋光，厚度325m，電阻率10cm，算術(shù)平均粗糙度1.1nm，均方根粗糙度1.4nm；將樣品夾在一對(duì)鑷子的兩端之間，浸入蝕刻溶液中浸泡5-180s。將樣品浸入裝滿大量去離子水的燒杯中，然后進(jìn)行沖洗。蝕刻溶液對(duì)硅的吸收用初始濃度為70%釩/釩氫氟酸和30%釩/釩硝酸的蝕刻溶液初始體積中溶解硅的絕對(duì)質(zhì)量表示。

結(jié)果

圖2給出了硅溶解過(guò)程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽濃度隨時(shí)間變化的例子。隨著硅含量的進(jìn)一步增加，亞硝酸鹽濃度達(dá)到最大值，隨后隨著硅含量的增加而下降。亞硝酸鹽濃度的增加與顏色從黃色經(jīng)綠色變?yōu)樯钏{(lán)色有關(guān)。因?yàn)樵谧畲笾抵暗母呶g刻速率中，由于硅的快速溶解，在相同的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的亞硝酸鹽比消耗的亞硝酸鹽多。在最大值之后，由于在假定的與硅濃度無(wú)關(guān)的亞硝酸鹽分解速率下蝕刻速率降低，產(chǎn)生的亞硝酸鹽更少。同時(shí)，蝕刻溶液的藍(lán)色逐漸消失，變成無(wú)色。這些發(fā)現(xiàn)從中間物質(zhì)的產(chǎn)生、它們?cè)诶匣^(guò)程中的分解以及溶解的硅對(duì)蝕刻速率的影響方面說(shuō)明了在HF/HNO3混合物中硅蝕刻的復(fù)雜行為。

討論

本研究的基本發(fā)現(xiàn)是：在富含氫鹽的蝕刻溶液中，蝕刻率和亞硝酸鹽濃度之間的明顯關(guān)系。給定濃度的HF、硝酸和溶解硅的蝕刻溶液隨著時(shí)間的變化，可以以完全不同的方式行為，即明顯的亞硝酸鹽濃度。在恒定的酸濃度下，由于非常放熱的反應(yīng)，蝕刻劑不會(huì)顯著升溫。一般來(lái)說(shuō)，蝕刻速率降低，然而，兩個(gè)區(qū)域都經(jīng)歷顯著變化。平臺(tái)區(qū)變成蝕刻速率和亞硝酸鹽濃度之間的線性相關(guān)性，其斜率與攪拌速率無(wú)關(guān)。相反，斜率蝕刻速率隨著攪拌速度的增加而降低。

對(duì)于技術(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，以下注意事項(xiàng)很重要。如果實(shí)驗(yàn)在室溫或更高的溫度下進(jìn)行，中間體會(huì)迅速分解成一氧化氮。由于亞硝酸鹽濃度物質(zhì)的更快衰減，特別是在非常放熱的蝕刻過(guò)程中通過(guò)加熱蝕刻溶液，總亞硝酸鹽濃度相對(duì)較低，并且蝕刻方式總是在傾斜區(qū)域。這里，作為蝕刻速率和表面形態(tài)的蝕刻行為強(qiáng)烈依賴于反應(yīng)中間體的實(shí)際濃度。這一事實(shí)的巨大影響由圖2強(qiáng)調(diào)。它顯示了蝕刻在半導(dǎo)體和太陽(yáng)能晶片生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用的重要性以及對(duì)精確蝕刻槽控制的需求。對(duì)活性物質(zhì)濃度的連續(xù)監(jiān)測(cè)為某一蝕刻方式的調(diào)整提供了先決條件、期望的蝕刻速率以及如果蝕刻浴超出期望參數(shù)的范圍，補(bǔ)充氟化氫和硝酸的可能性。因此可以實(shí)現(xiàn)更高的浴槽利用率。

審核編輯：符乾江