《化学腐蚀》ppt课件

1、化学腐蚀化学腐蚀主要内容主要内容一、湿法腐蚀一、湿法腐蚀二、常用化学试剂以及刻蚀资料二、常用化学试剂以及刻蚀资料三、外表粗化以红光三、外表粗化以红光LED为例为例四、实验室常用的试剂以及气体四、实验室常用的试剂以及气体一、湿法腐蚀一、湿法腐蚀1、湿法腐蚀的概念以及主要参数、湿法腐蚀的概念以及主要参数2、湿法腐蚀的优缺陷、湿法腐蚀的优缺陷3、Si的湿法腐蚀的湿法腐蚀4、SiO2的湿法腐蚀的湿法腐蚀1、湿法腐蚀的概念、湿法腐蚀的概念o在湿法腐蚀的过程中，经过运用特定的溶液在湿法腐蚀的过程中，经过运用特定的溶液与需求被腐蚀的薄膜资料进展化学反响，进与需求被腐蚀的薄膜资料进展化学反响，进而除去没有被光

2、刻胶覆盖区域的薄膜。而除去没有被光刻胶覆盖区域的薄膜。1、湿法腐蚀的概念、湿法腐蚀的概念o 在进展湿法腐蚀的过程中，溶液里的反响剂与被腐蚀薄膜的外表分子发生化学反响，生成各种反响产物。这些反响产物应该是气体，或者是可以溶于腐蚀液中的物质。这样，这些反响产物就不会再堆积到被腐蚀的薄膜上。 1、湿法腐蚀的概念、湿法腐蚀的概念1、湿法腐蚀的主要参数、湿法腐蚀的主要参数o湿法腐蚀的主要参数：湿法腐蚀的主要参数：o1、选择比、选择比o2、各向同性、各向异性、各向同性、各向异性o3、腐蚀的均匀性、腐蚀的均匀性1、湿法腐蚀的主要参数、湿法腐蚀的主要参数o选择比选择比o 要去除材料的腐蚀速率选择比掩膜腐蚀速率

3、1、湿法腐蚀的主要参数、湿法腐蚀的主要参数o各向同性、各向异性各向同性、各向异性1、湿法腐蚀的主要参数、湿法腐蚀的主要参数o腐蚀的均匀性腐蚀的均匀性100%（最大腐蚀速率 最小腐蚀速率）腐蚀速率均匀性（%）（最大腐蚀速率+最小腐蚀速率）1、湿法腐蚀的主要参数、湿法腐蚀的主要参数o控制湿法腐蚀的主要参数包括：腐蚀溶液控制湿法腐蚀的主要参数包括：腐蚀溶液的浓度、腐蚀的时间、反响温度以及溶液的浓度、腐蚀的时间、反响温度以及溶液的搅拌方式等。的搅拌方式等。 2、湿法腐蚀的优缺陷、湿法腐蚀的优缺陷湿法腐蚀的优点是：湿法腐蚀的优点是：1、工艺简单、工艺简单2、高的刻蚀选择比、高的刻蚀选择比2、湿法腐蚀的优

4、缺陷、湿法腐蚀的优缺陷缺陷：缺陷：在湿法腐蚀中所进展的化学反响是没有特在湿法腐蚀中所进展的化学反响是没有特定方向，所以会构成各向同性的腐蚀效果，定方向，所以会构成各向同性的腐蚀效果，如下图如下图b和和c。2、湿法腐蚀的优缺陷、湿法腐蚀的优缺陷o各向同性腐蚀是湿法腐蚀固有的特点也各向同性腐蚀是湿法腐蚀固有的特点也可以说是湿法腐蚀的缺陷。湿法腐蚀通常可以说是湿法腐蚀的缺陷。湿法腐蚀通常还会位位于光到胶边缘下面的薄膜资料也还会位位于光到胶边缘下面的薄膜资料也被腐蚀，这也会使腐蚀后的线条宽度难以被腐蚀，这也会使腐蚀后的线条宽度难以控制。选择适宜的腐蚀速度，可以减小对控制。选择适宜的腐蚀速度，可以减小对

5、光刻胶边缘下面薄膜的腐蚀。光刻胶边缘下面薄膜的腐蚀。 3、Si的湿法腐蚀的湿法腐蚀o 在湿法腐蚀硅的各种方法中，大多数都是采在湿法腐蚀硅的各种方法中，大多数都是采用强氧化剂对硅进展氧化，然后利用用强氧化剂对硅进展氧化，然后利用HF酸与酸与SiO2反响来去掉反响来去掉SiO2，从而到达对硅的腐蚀，从而到达对硅的腐蚀目的。最常用的腐蚀溶剂是硝酸目的。最常用的腐蚀溶剂是硝酸(HNO3)与氢与氢氟酸氟酸(HF)和水和水(或醋酸或醋酸)的混合液。化学反响的混合液。化学反响方程式为方程式为:o Si十十HNO3十十6HFH2SiF6十十HNO2十十H2O十十H2 o 其中，反响生成的其中，反响生成的H2S

6、iF6可溶于水。可溶于水。 3、Si的湿法腐蚀的湿法腐蚀o对对Si的湿法腐蚀还可以运用的湿法腐蚀还可以运用KOH的水溶液与异丙的水溶液与异丙醇醇(IPA)相混合来进展。对于金刚石或闪锌矿构造，相混合来进展。对于金刚石或闪锌矿构造，(111)面的原子比面的原子比(100)面排得更密，因此面排得更密，因此(111)面的面的腐蚀速度应该比腐蚀速度应该比(100)面的腐蚀速度小，经过面的腐蚀速度小，经过KOH与异丙醇混合溶液腐蚀后的与异丙醇混合溶液腐蚀后的Si膜构造如下图。膜构造如下图。在图在图(a)中，采用中，采用SiO2层做为掩膜对层做为掩膜对(100)晶向的晶向的硅外表进展腐蚀，可以得到硅外表进

7、展腐蚀，可以得到V形的沟槽构造。假形的沟槽构造。假设设SiO2上的图形窗口足够大，或者腐蚀的时间比上的图形窗口足够大，或者腐蚀的时间比较短，可以构成较短，可以构成U形的沟槽。假设被腐蚀的是形的沟槽。假设被腐蚀的是(110)晶向的硅片，那么会构成根本为直壁的沟槽，晶向的硅片，那么会构成根本为直壁的沟槽，沟槽的侧壁为沟槽的侧壁为(111)面，如下图。不过，这种湿法面，如下图。不过，这种湿法腐蚀的方法大多采用在微机械元件的制造上。腐蚀的方法大多采用在微机械元件的制造上。3、Si的湿法腐蚀的湿法腐蚀4、SiO2的湿法腐蚀的湿法腐蚀oSiO2的性质的性质o密度密度 o密度是密度是SiO2致密程度的标志。

8、密度大表致密程度的标志。密度大表示示SiO2致密程度高。致密程度高。 SiO2的密度可以用称的密度可以用称量法丈量。分别称出氧化前后硅的分量，量法丈量。分别称出氧化前后硅的分量，氧化后再测出氧化后再测出SiO2层的厚度和样品的面积，层的厚度和样品的面积，就可以计算出密度。无定形就可以计算出密度。无定形SiO2的密度普的密度普通为通为2.20gcm3,不同方法制各的不同方法制各的SiO2其值其值有所不同但大部分部接近这个值。有所不同但大部分部接近这个值。4、SiO2的湿法腐蚀的湿法腐蚀o折射率折射率 o折射率是表征折射率是表征SiO2薄膜光学性质的一个薄膜光学性质的一个重要参数。不同方法制备的重

9、要参数。不同方法制备的SiO2 折射率有折射率有所不同，但差别不大。普通来说，密度大所不同，但差别不大。普通来说，密度大的的SiO2薄膜具有较大的折射率。波长为薄膜具有较大的折射率。波长为5500埃左右时，埃左右时，SiO2的折射率约为的折射率约为1.46。4、SiO2的湿法腐蚀的湿法腐蚀o 电阻率o SiO2电阻率的高低与制备方法以及所含杂质数量等要素有着亲密的关系。高温干氧氧化方法制备的SiO2，电阻率可高达1016cm以上。4、SiO2的湿法腐蚀的湿法腐蚀o 介电强度 o当SiO2薄膜被用来作为绝缘介质时，常用介电强度，也就是用击穿电压参数来表示薄膜的耐压才干。介电强度的单位是vcm。表

10、示单位厚度的SiO2薄膜所能接受的最小击穿电压。SiO2薄膜的介电强度的大小与致密程度、均匀性、杂质含量等要素有关，普通为106107Vcm。4、SiO2的湿法腐蚀的湿法腐蚀o介电常数介电常数 o介电常数是表征电容性能的一个重要参介电常数是表征电容性能的一个重要参数。对于数。对于MOS电容器来说，其电容量与构电容器来说，其电容量与构造参数的关系可用下式表示：造参数的关系可用下式表示：oC=0SiO2S/do其中其中S为金属电极的面积，为金属电极的面积，d为为SiO2层的厚层的厚度度0为真空介电常数，为真空介电常数，SiO2为为SiO2的相的相对介电常数，其值为对介电常数，其值为3.9。4、Si

11、O2的湿法腐蚀的湿法腐蚀o腐蚀腐蚀 oSiO2的化学性质非常稳定，只与氢氟酸发生化学的化学性质非常稳定，只与氢氟酸发生化学反响，而不与其他酸发生反响。与氢氟酸反响的反响，而不与其他酸发生反响。与氢氟酸反响的反响式如下；反响式如下；o SiO2十十4HFSiF4十十2H20o反响生成的四氟化硅能进一步与氢氟酸反响生成反响生成的四氟化硅能进一步与氢氟酸反响生成可溶于水的络合物可溶于水的络合物六氟硅酸，反响式为：六氟硅酸，反响式为：o SiF4十十2HFH2(SiF6)o总反响式为总反响式为o SiO2十十6HF H2(SiF6)十十2H2O4、SiO2的湿法腐蚀的湿法腐蚀o在上述反响过程中，在上述

12、反响过程中，HF不断被耗费，因此不断被耗费，因此反响速率随时间的添加而降低。为了防止反响速率随时间的添加而降低。为了防止这种景象的发生通常在腐蚀液中参与一这种景象的发生通常在腐蚀液中参与一定的氟化氨作为缓冲剂定的氟化氨作为缓冲剂(构成的腐蚀液称为构成的腐蚀液称为BHF)。氟化氨经过分解反响产生。氟化氨经过分解反响产生HF，从，从而维持而维持HF的恒定浓度。的恒定浓度。NH4F分解反响方分解反响方程式为：程式为：o NH4FNH3+HF o分解反响产生的分解反响产生的NH3以气态被排除掉。以气态被排除掉。二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料o氧化剂氧化剂o如：如：H2O2、H

13、NO3等等o溶解氧化外表的试剂溶解氧化外表的试剂o如：如：H2SO4、NH4OH、HF等等o传输反响剂和反响物的稀释剂传输反响剂和反响物的稀释剂o如：如：H2O、CH3COOH等等二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料o刻蚀刻蚀SiO2oNH4F：HF7：1、BHF35下、下、 NH4F：CH3COOH：C2H6O2乙乙二醇：二醇：H2O14：32：4： 50 二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料o刻蚀刻蚀Si3N4oBHF35o刻蚀多晶硅：刻蚀多晶硅：oHF：HNO3：H2O6：10：40 o刻蚀刻蚀AloH3PO4：HNO3：H2O80：4：16水可由

14、醋酸替代水可由醋酸替代 二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料o刻蚀刻蚀MooH3PO4：HNO3：H2O80：4：16o 刻蚀刻蚀W，TiW oH2O2：H2O1：1二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料o刻蚀 Cr 铬oCeNH4NO3：HNO3：H2O1：1：1o刻蚀 Cu oHNO3：H2O1：1o刻蚀 Ni oHNO3：CH3COOH：H2SO45：5：2 o注：Ce为铈shi二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料二、常用的刻蚀剂以及刻蚀资料o刻蚀刻蚀Ti oHF：H2O2o刻蚀刻蚀 Au oKI：I2：H2O、KCN：H2Oo刻蚀刻蚀 Si oHNO3，K

15、OH o刻蚀刻蚀GaAso H2SO4：H2O2：H2O8：1：1；三、外表粗化三、外表粗化o外表粗化的缘由外表粗化的缘由o根据光的折射原理，当光从一种介质入射根据光的折射原理，当光从一种介质入射另一种介质时，将在介质交界面处发生折另一种介质时，将在介质交界面处发生折射，光线弯折的程度决议于两种介质的折射，光线弯折的程度决议于两种介质的折射率相差程度。射率相差程度。o sin1/sin2=n2/n1三、外表粗化三、外表粗化o如图，有源区产生的光在出射过程中，是从如图，有源区产生的光在出射过程中，是从最上层的最上层的GaP(n=3.5)入射到空气入射到空气(n=1)中折中折射率相差较大，由上面公

16、式可以计算出临界射率相差较大，由上面公式可以计算出临界角约为角约为17,因此在因此在,界面处发生了大量的全反界面处发生了大量的全反射景象。根据射景象。根据D.A.Vanderwate等人的计算，等人的计算，仅有大约仅有大约4%的光可以出射的光可以出射,96% 的光反射回的光反射回LED内部，最终被吸收掉。内部，最终被吸收掉。三、外表粗化三、外表粗化o假设改动常规假设改动常规LED的外表形貌，让交界面的外表形貌，让交界面由光滑变得粗糙，将会大大添加出射光的由光滑变得粗糙，将会大大添加出射光的临界角。临界角。三、外表粗化三、外表粗化o如图，被粗化的外表是最上层窗口层如图，被粗化的外表是最上层窗口层

17、GaP的上外表。的上外表。三、外表粗化三、外表粗化o在在LED上外表小孔均匀分布直径上外表小孔均匀分布直径6 m，孔心距，孔心距20m。o制造步骤：首先在作为窗口层的制造步骤：首先在作为窗口层的GaP外表覆盖上光刻胶外表覆盖上光刻胶曝光，显影，然后在光刻胶掩膜的维护下用化学腐蚀。曝光，显影，然后在光刻胶掩膜的维护下用化学腐蚀。运用王水：去离子水运用王水：去离子水=4：1。实验中腐蚀时间。实验中腐蚀时间3 5 min。可以察看到，小坑外形大体上都呈倒尖椎状，随着腐蚀可以察看到，小坑外形大体上都呈倒尖椎状，随着腐蚀时间的变化，深度和侧壁的坡度呈现适度的变化。图时间的变化，深度和侧壁的坡度呈现适度的

18、变化。图4分分别是腐蚀别是腐蚀3 min和和4 min得到的外表剖面图，小坑深度分得到的外表剖面图，小坑深度分别为别为1m和和2.3m。要留意的是，腐蚀液配置好后的静置。要留意的是，腐蚀液配置好后的静置时间对腐蚀速率和最终得到的侧壁坡度有明显影响。外时间对腐蚀速率和最终得到的侧壁坡度有明显影响。外表到达估计的粗糙形貌后，按常规工艺步骤，做上外表表到达估计的粗糙形貌后，按常规工艺步骤，做上外表的的P电极、做下外表电极、做下外表N 电极、解理、测试。电极、解理、测试。三、外表粗化三、外表粗化四、实验室常用的试剂以及气体四、实验室常用的试剂以及气体o酸酸o硫酸硫酸H2SO4o硝酸硝酸HNO3o盐酸盐酸HClo王水王水HCl：HNO3=3:1)o高氯酸高氯酸HClO4o氢氟酸氢