硝酸濃度對(duì)硅晶片腐蝕速率的影響實(shí)驗(yàn)報(bào)告

引言

薄晶片已經(jīng)成為各種新型微電子產(chǎn)品的基本需求。其中包括功率器件、分立半導(dǎo)體、光電元件和用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的集成電路。機(jī)械研磨是最常見(jiàn)的晶圓減薄技術(shù)，因?yàn)槠錅p薄率很高。新的微電子產(chǎn)品要求硅晶片厚度減薄到150米以下。機(jī)械研磨仍然會(huì)在晶片表面產(chǎn)生殘留缺陷，導(dǎo)致晶片破裂，表面粗糙。因此，化學(xué)蝕刻法主要用于生產(chǎn)具有所需厚度的光滑表面的可靠的薄晶片。

在本工作中，我們研究了在硝酸和氫氟酸的混合溶液中，不同硝酸濃度對(duì)硅片總厚度和重量損失、刻蝕速率、形貌和結(jié)構(gòu)特性的影響。結(jié)果表明，隨著硝酸濃度和刻蝕時(shí)間的增加，總厚度和失重增加。較高的硝酸濃度導(dǎo)致較高的蝕刻速率，并且蝕刻速率隨著蝕刻時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。隨著刻蝕時(shí)間和硝酸濃度的增加，光學(xué)顯微鏡觀察到更平滑、更清晰的均勻硅表面圖像。XRD分析表明，腐蝕后硅片的強(qiáng)度比純硅片高，這可能表明腐蝕后表面形成更光滑。本文的研究結(jié)果對(duì)生產(chǎn)一種可靠的、理想的、在集成電路制造中至關(guān)重要的硅晶片具有參考價(jià)值。

材料和方法

使用的化學(xué)品是硝酸，高頻，乙醇，丙酮和蒸餾水。所有儀器在干燥前都用蒸餾水沖洗，以確保所有使用的儀器沒(méi)有任何污染物。在蝕刻之前，硅晶片經(jīng)歷溶劑清洗過(guò)程，目的是去除其表面的油和有機(jī)殘留物。首先用丙酮和乙醇清洗晶片。對(duì)于丙酮，它會(huì)留下自己的殘留物，因此乙醇被用來(lái)清除丙酮?dú)埩粑?。將丙酮倒入玻璃燒杯中，并在溫度高達(dá)55℃的攪拌器熱板上加熱。然后將晶片放入含有乙醇的水浴中10分鐘。然后將晶片從浴中取出，放入乙醇中5分鐘。然后將晶片在蒸餾水中漂洗，并在空氣中進(jìn)一步干燥。

該化學(xué)品由不同濃度的蝕刻劑混合物組成，這些混合物是恒定濃度的氟化氫和不同濃度的硝酸。在本研究中，使用三種不同的蝕刻劑濃度來(lái)研究化學(xué)蝕刻對(duì)硅晶片的影響，其中對(duì)于每個(gè)硅晶片，20重量%、23重量%和26重量%的硝酸蝕刻劑濃度與48重量%的氟化氫蝕刻劑濃度混合。因此，有三組不同的蝕刻劑濃度混合物:HF 48重量% /硝酸20重量%，HF 48重量% /硝酸23重量%，HF 48重量% /硝酸26重量%，體積比為1∶1。每個(gè)硅晶片被蝕刻70分鐘，時(shí)間間隔為10分鐘。

結(jié)果和討論

圖1和圖2分別顯示了在三種不同硝酸濃度為20wt%、23wt%和26wt%HF混合的硅的總厚度和重量減輕與蝕刻時(shí)間的關(guān)系。這兩個(gè)圖都表明，與蝕刻20wt%硝酸蝕刻的硅片相比，23wt%和26wt%硝酸蝕刻濃度的硅片的總厚度和重量損失增加得更快，硝酸蝕刻濃度是它們中最低的。從圖中可以看出，總厚度和減重量隨著蝕刻時(shí)間的增加而增加。在20wt%硝酸濃度下蝕刻的晶片厚度隨蝕刻時(shí)間沒(méi)有任何顯著變化。然而，23%和26%的總厚度損失顯著增加，總厚度損失為43.06%，其中最高，20%和23%硝酸的總厚度損失分別為16.67%和39.40%。在26wt%硝酸蝕刻濃度下的蝕刻使硅片變薄成440μm，最終重量為0.3501mg。此外，在26wt%硝酸濃度下，厚度損失變化曲線比其他濃度更陡，這表明硅片上發(fā)生的刻蝕過(guò)程更快，積極地耗散了樣品厚度。

總結(jié)

綜上所述，浸入硝酸和HF混合物中的厚度和重量的蝕刻率隨著蝕刻時(shí)間和硝酸蝕刻濃度的增加而增加。在較高的蝕刻時(shí)間和硝酸濃度下蝕刻時(shí)，觀察到光滑均勻的硅結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果表明，蝕刻硅片的強(qiáng)度高于純1個(gè)硅片并且隨著蝕刻時(shí)間的增加而增加。與其他材料相比，用26%硝酸和48%HF的混合物蝕刻的硅片具有最佳的蝕刻率。目前的蝕刻研究表明，蝕刻硅可以潛在安裝到更薄的包裝用于微電子產(chǎn)品的制造。

審核編輯“湯梓紅