速看!矽片腐蝕工藝的化學原理和拋光工藝的化學原理你了解多少?

2021-01-21 大同學吧

矽表面的化學腐蝕一般採用溼法腐蝕,矽表面腐蝕形成隨機分布的微小原電池,腐蝕電流較大,一般超過100A/cm2,但是出於對腐蝕液高純度和減少可能金屬離子汙染的要求,目前主要使用氫氟酸(HF),硝酸(HNO3)混合的酸性腐蝕液,以及氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)等鹼性腐蝕液。現在主要用的是HNO3-HF 腐蝕液和NaOH 腐蝕液。下面分別介紹這兩種腐蝕液的腐蝕化學原理和基本規律。 

1.HNO3-HF 腐蝕液及腐蝕原理

通常情況下,矽的腐蝕液包括氧化劑(如HNO3)和絡合劑(如HF)兩部分。其配置為:濃度為70%的HNO3 和濃度為50%的HF 以體積比10~2:1,有關的化學反應如下:

3Si+4HNO3=3SiO2↓+2H2O+4NO↑ 

矽被氧化後形成一層緻密的二氧化矽薄膜,不溶於水和硝酸,但能溶於氫氟酸,這樣腐蝕過程連續不斷地進行。有關的化學反應如下:

SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O 

2.NaOH 腐蝕液

在氫氧化鈉化學腐蝕時,採用10%~30%的氫氧化鈉水溶液,溫度為 80~90℃,將矽片浸入腐蝕液中,腐蝕的化學方程式為

Si+H2O+2 NaOH =Na2SiO3+2H2↑ 

對於太陽電池所用的矽片化學腐蝕,從成本控制,環境保護和操作方便等因素出發,一般用氫氧化鈉腐蝕液腐蝕深度要超過矽片機械損傷層的厚度,約為20~30um。


拋光分為兩種:機械拋光和化學拋光,機械拋光速度慢,成本高,而且容易產生有晶體缺陷的表面。現在一般採用化學-機械拋光工藝,例如銅離子拋光、鉻離子拋光和二氧化矽-氫氧化鈉拋光等。

1. 銅離子拋光

銅離子拋光液由氯化銅、氟化銨和水,一般以質量比60:26:1000 組成,調節PH=5.8 左右,或者以質量比80:102.8:1000,其反應原理如下:

Si+2CuCl2+6NH4F=(NH4)2[SiF6]+4NH4Cl+2Cu  

銅離子拋光一般在酸性(pH 為5~6)條件下進行,當pH﹥7 時,反應終止,這是因為pH=7 時銅離子與氨分子生成了穩定的絡合物-銅氨絡離子,這時銅離子大大減少,拋光作用停止了。拋光反應速度很快,為防止發生腐蝕,取片時不能在表面殘留拋光液,應立即進行水拋,也可以在取片前進行稀硝酸漂洗,可以再洗一次,防止銅離子汙染。


2.鉻離子拋光鉻離子拋光液由三氧化二鉻、重鉻酸銨和水一般以質量比1:3:100 組成,其反應原理如下:

3Si+2Cr2O72-+28H+=3Si4++4Cr3++14H2O    

三氧化二鉻不溶於水,對矽表面進行研磨,重鉻酸銨能不斷地對矽表面進行氧化腐蝕,與三氧化二鉻的機械研磨作用相結合,進行拋光。


3.二氧化矽-氫氧化鈉拋光法二氧化矽-氫氧化鈉拋光配置方法有三種:

(1)將三氯氫矽或四氯化矽液體用氮氣攜帶通入到氫氧化鈉溶液中,產生的沉澱在母液中靜置,然後把上面的懸浮液輕輕倒出,並調節pH 值為9.5~11。其反應如下:

SiCl4+4NaOH=SiO2↓+4NaCl+2H2O  

SiHCl3+3NaOH=SiO2↓+3NaCl+H2O +H2↑  

(2)也可以利用製備多晶矽的尾氣或矽外延生長時的廢氣生產二氧化矽微粒。反應如下:

SiCl4+4H2O=H2SiO3↓+4HCl 

H2SiO3=SiO2+H2O 

(3)用工業二氧化矽粉和水以質量比為150:1000 配置,並用氫氧化鈉調節pH 值為9.5~11。拋光液的pH 值為9.5~11 範圍內,pH 值過低,拋光很慢,PH 值過高產生較強的腐蝕作用,矽片表面出現腐蝕坑。

相關焦點

  • 矽片腐蝕和拋光工藝的化學原理
    銅離子拋光液由氯化銅、氟化銨和水,一般以質量比60:26:1000 組成,調節PH=5.8 左右,或者以質量比80:102.8:1000,其反應原理如下:  Si+2CuCl2+6NH4F=(NH4)2[SiF6]+4NH4Cl+2Cu  銅離子拋光一般在酸性(pH 為5~6)條件下進行,當pH﹥7 時,反應終止
  • 常見的銅拋光工藝、化學拋光原理,使用銅化學拋光液的優勢
    在整個過程中,拋光是最影響成品外觀的流程。現今,銅拋光的方法有很多,我們常見的拋光工藝有物理拋光、化學拋光、電解拋光,還有一些新式拋光工藝,包括超聲波拋光和流體拋光等。化學拋光銅化學拋光工藝就是通過銅與拋光槽液的化學反應,消除銅表面不平整,提升銅表面的光亮效果。早期的化學拋光工藝,利用強酸來對銅進行拋光。精度很難控制的同時,對工件過造成過腐蝕現象,對操作人員的健康造成危害。
  • 標識標牌工藝:不鏽鋼腐蝕的主要工藝
    當前行業內不鏽鋼腐蝕主要分為化學腐蝕和電解腐蝕,大規模的還是化學腐蝕佔優勢,相對的來說速度快。據標識圈了解,其實無論是化學腐蝕還是電解腐蝕,原理都是很簡單的,就是把不需要腐蝕的地方遮蓋,需要腐蝕的地方裸露就行,腐蝕不同的圖案就用不同的模板。
  • 兩種基本的刻蝕工藝:幹法刻蝕和溼法腐蝕
    在半導體製造中有兩種基本的刻蝕工藝:幹法刻蝕和溼法腐蝕。幹法刻蝕是把矽片表面曝露於氣態中產生的等離子體,等離子體通過光刻膠中開出的窗口,與矽片發生物理或化學反應(或這兩種反應),從而去掉曝露的表面材料。幹法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的最重要方法。而在溼法腐蝕中,液體化學試劑(如酸、鹼和溶劑等)以化學方式去除矽片表面的材料。溼法腐蝕一般只是用在尺寸較大的情況下(大於3微米)。溼法腐蝕仍然用來腐蝕矽片上某些層或用來去除幹法刻蝕後的殘留物。
  • 化學機械拋光 Slurry 的蛻與進
    如果把化學機械拋光 (CMP,Chemical Mechanical Polishing)的全套工藝比作打仗用兵,那麼CMP工藝中的耗材,特別是slurry的選擇無疑是「運用之妙」的關鍵所在。 CMP工藝的基本原理是將待拋光的矽片在一定的下壓力及slurry(由超細顆粒、化學氧化劑和液體介質組成的混合液)的存在下相對於一個拋光墊作旋轉運動,藉助磨粒的機械磨削及化學氧化劑的腐蝕作用來完成對工件表面材料的去除,並獲得光潔表面(圖1)。
  • 「化學拋光」取代傳統酸洗的環保拋光工藝
    現在,市面拋光使用三酸拋光比較多,三酸拋光拋光和鉻酸拋光在工業生產過程中,三酸拋光容易產生黃煙,威脅操作者的健康,鉻酸拋光對水體汙染比較大,眾所周知,鉻酸本身有致癌性,所以,小編就拿公司的一個相對環保的拋光工藝,來了解一下取代傳統酸洗的環保拋光工藝。
  • 鋁的化學拋光和電化學拋光概述
    化學拋光或電化學拋光作為高級精飾處理方法,能去除鋁製品表面較輕微的模具痕和擦劃傷條紋,去除機械拋光中可能形成的摩擦條紋、熱變形層、氧化膜層等,使粗糙的表面趨於光滑而獲得近似鏡面光亮的表面,提高了鋁製品的裝飾效果(如反射性能、光亮度等),並可以賦予更高的商業附加值
  • PECVD工藝後不良矽片檢測
    摘要:等離子化學氣相沉積工藝是太陽能電池片製造過程中的重要環節,其SiN膜的質量直接影響著電池片的轉換效率和長期可靠性。針對目前面臨的檢測難題,設計出矽片自動檢測系統,以此來達到提高電池片質量及生產效率的目的。等離子化學氣相沉積(即PECVD),是太陽能電池片製造過程中一道非常重要的工藝。
  • MEMS技術加工工藝與IC工藝區別
    (一)體加工工藝體加工工藝包括去加工(腐蝕)、附著加工(鍍膜)、改質加工(摻雜)和結合加工(鍵合)。主要介紹腐蝕技術。腐蝕技術主要包括幹法腐蝕和溼法腐蝕,也可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕。(1)幹法腐蝕是氣體利用反應性氣體或離子流進行的腐蝕。幹法腐蝕可以腐蝕多種金屬,也可以刻蝕許多非金屬材料;既可以各向同性刻蝕,又可以各向異性刻蝕,是集成電路工藝或MEMS工藝常用設備。
  • 電鍍工藝加工分類的原理和特點
    電鍍工藝加工分類的原理和特點電鍍層電鍍件是利用電解原理在一些金屬外表層面上鍍上一層別的金屬件或合金。根據電鍍件的構成,能否分為鍍鉻、鍍銅、鍍鎘、鍍錫、鍍鋅、鍍鎳、鍍金、鍍銀等大類。在此,依斯倍環保將詳細介紹一下電鍍工藝加工分類的原理和特點。鍍鉻鉻屬金白色,微帶天藍色。因為它極強的鈍化處理功能,能在空氣中快速鈍化處理,並表現出貴重金屬的特徵,所以鐵件鍍鉻層就是陰極電鍍件。鉻溶液在空氣中很穩定,能長期保持光澤,在偏鹼介質、硝酸、硫化物、碳酸鹽、有機酸等腐蝕性介質中也很穩定,但易溶於鹽酸、氫滷酸、熱濃硫酸等。
  • 鋁材拋光用什麼方法好?解析新型鋁材「兩酸」化學拋光工藝的優勢
    鋁產品用什麼拋光的方法好?新型鋁材「兩酸」化學拋光工藝的優勢生活中,#鋁合金#是我們最常見的材料。在工業製造中,鋁及鋁合金的加工工藝一般有噴塗、電鍍、拉絲、噴塗、陽極氧化、鈍化、拋光等。金屬拋光方法有哪些?
  • 通過複合雷射拋光和化學腐蝕來實現高損傷閾值的熔融矽
    近日,來自上光所的研究人員,複合化學腐蝕和CO2雷射拋光技術進行加工熔融矽。此外,複合工藝可以減少引入光活性金屬雜質元素、破壞性缺陷、化學結構缺陷的可能,導致0% 的可能損傷閾值,達到接近33%的高於傳統化學機械腐蝕拋光的樣品,加工條件為7.6 ns 脈衝和波長為355 nm。
  • 半導體晶圓製造工藝及設備大全!附名錄
    在不破壞矽片表面特性的前提下,使用不同的化學品進行前段清洗,去除半導體矽片表面的塵埃顆粒、有機物殘留薄膜和吸附在表面的金屬離子,以確保後續熱氧化層成長的質量。主要方式為將矽片沉浸在清洗機化學液體槽內或使用化學液體噴霧清洗,再使用超純水清洗,以避免化學液殘留。
  • 讓紫銅管光亮如鏡的環保銅材化學拋光處理工藝
    銅材如紫銅、紅銅、黃銅等等產品想要得到非常光亮的效果,就需要用到銅材拋光工藝了。銅材拋光工藝又分為機械拋光與化學拋光。機械拋光主要是利用物理摩擦與切削等方法作用於銅材表面使其粗糙度降低達到表面整平出光的目的;化學拋光主要是利用化學反應對銅材表面進行有選擇性溶解對銅表面進行微觀整平達到出光的目的。
  • 半導體行業專題報告:化學機械拋光CMP深度研究
    與傳統的純機械或純化學的拋光方法不同,CMP 工藝是通過表面化學作用和機械研磨的技術結合來實現晶元表面微米/納米級不同材料的去除,從而達到晶圓表面的高度(納米級)平坦化效應,使下一步的光刻工藝得以進行。
  • 晶圓和矽片的區別
    為增進大家對晶圓的了解,本文中,小編將對晶圓、矽片以及晶圓和矽片的區別予以介紹。如果你對晶圓具有興趣,可以繼續往下閱讀。 一、晶圓(一)概念晶圓是指矽半導體集成電路製作所用的矽晶片,由於其形狀為圓形,故稱為晶圓;在矽晶片上可加工製作成各種電路元件結構,而成為有特定電性功能之IC產品。晶圓的原始材料是矽,而地殼表面有用之不竭的二氧化矽。
  • 【劉工總結】光伏組件封裝材料總結之太陽能電池的製作工藝
    矽的各向異性腐蝕液通常用熱的鹼性溶液,可用的鹼有氫氧化鈉,氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來製備絨面矽,腐蝕溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面,還應在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異丙醇等作為絡合劑,以加快矽的腐蝕。製備絨面前,矽片須先進行初步表面腐蝕,用鹼性或酸性腐蝕液蝕去約20~25μm,在腐蝕絨面後,進行一般的化學清洗。
  • 鋁合金表面處理常見工藝
    4、化學氧化:氧化膜較薄,厚度約為0.5~4微米且多孔,質軟,具有良好的吸附性,可作為有機塗層的底層,但其耐磨性和抗蝕性能均不如陽極氧化膜;鋁及鋁合金化學氧化的工藝按其溶液性質可分為鹼性氧化法和酸性氧化法兩大類。按膜層性質可分為:氧化物膜、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜、鉻酸-磷酸鹽膜。
  • 化學機械拋光(CMP)技術、設備及投資概況
    CMP工藝在晶片製造中的應用包括淺溝槽隔離平坦化(STI CMP)、多晶矽平坦化(Poly CMP)、層間介質平坦化(ILD CMP)、金屬間介平坦化(IMD CMP)、銅互連平坦化(Cu CMP)。  1.2 CMP拋光工藝技術原理      CMP從概念上很簡單,但納米級CMP其實是一項很複雜的工藝。
  • 鋁合金及鋁型材的表面處理工藝
    1、噴砂,主要作用是表面清理,在塗裝(噴漆或噴塑)前噴砂可以增加表面粗糙度,對附著力提高有一定貢獻,但貢獻有限,不如化學塗裝前處理。  2、著色:對鋁進行上色主要有兩種工藝:一種是鋁氧化上色工藝,另外一種是鋁電泳上色工藝。