摘要

本文研究了HF、HNO3和H2O體系中硅的蝕刻動(dòng)力學(xué)作為蝕刻劑組成的函數(shù)。蝕刻速率與蝕刻劑組成的三軸圖顯示了兩種極端的行為模式。在高硝酸組成的區(qū)域，蝕刻速率僅是氫氟酸濃度的函數(shù)。在高氫氟酸組成的區(qū)域，硝酸濃度決定了蝕刻速率。后一區(qū)域的動(dòng)力學(xué)行為因涉及硝酸還原產(chǎn)物的自催化而變得復(fù)雜。反應(yīng)經(jīng)過一個(gè)氧化步驟，然后是氧化物的溶解。在高氫氟酸區(qū)域，氧化步驟是限速的。在高硝酸區(qū)域，溶解步驟是限速的。在這兩個(gè)區(qū)域，試劑通過擴(kuò)散流動(dòng)到表面決定了蝕刻速率。蝕刻速率作為速率限制試劑濃度的函數(shù)的圖表明了蝕刻速率和濃度之間的指數(shù)關(guān)系。這種關(guān)系已經(jīng)根據(jù)第二種非化學(xué)自催化因子，即反應(yīng)的熱進(jìn)行了定性的解釋。

介紹

本研究的目的是闡明確定酸蝕刻溶液行為的物理和化學(xué)過程。選擇HF、次硝酸~、H~O系統(tǒng)進(jìn)行研究，因?yàn)閺慕M成的角度來看，它是硅上使用的所有酸蝕刻系統(tǒng)中最簡單的一種。人們認(rèn)為，理解簡單的系統(tǒng)是理解更復(fù)雜的系統(tǒng)中包含如醋酸、溴或重金屬鹽的添加劑的先決條件。

實(shí)驗(yàn)步驟

所有的蝕刻都是在特氟隆燒杯中進(jìn)行的，浸泡在25℃調(diào)節(jié)的恒溫浴中，然而，燒杯的傳熱性非常差，不一定能在蝕刻溶液中保持25℃的溫度。由于蝕刻周期一般小于1min，而且通常只有幾秒鐘，因此極不可能保持熱平衡，而且反應(yīng)可能被認(rèn)為是在基本絕熱條件下運(yùn)行的。

在準(zhǔn)備去勢方案時(shí)，HF被重量輸出到-0.01g . HNO3和水的重量被轉(zhuǎn)換為體積，并在化油器中測量到cc。蝕刻溶液組成的控制是通過分析制作溶液的原酸和將這些原酸調(diào)整到適當(dāng)?shù)臐舛?，這是任意作為第一批試劑的分析。

為了得到晶體取向的影響和可以檢查蝕刻速率上的電阻率類型，沿111、110和100個(gè)平面定向的p型和n型硅的樣品，以及小硅球，以隨機(jī)選擇的幾種成分進(jìn)行蝕刻。

圖1.模具厚度恒定變化率(每分鐘毫升)作為蝕刻成分的曲線(系統(tǒng)中重量%為49.25%HF、69.51%HNO3和水)。

結(jié)果和討論

圖1是蝕刻率的圖(括號內(nèi)的數(shù)字是每分鐘毫里為單位的模具厚度的減小)作為蝕刻劑組成的函數(shù)。本研究中使用的試劑可以去除正常可獲得的濃縮酸，即49%HF和70%次硝酸~。稍后將發(fā)現(xiàn)，通過使用這些試劑可獲得的成分范圍不足以闡明富高頻區(qū)的機(jī)制，因此有必要通過使用更濃縮的試劑，即60%HF和90%硝酸來擴(kuò)大該范圍。與該系統(tǒng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)如圖所示2。

在圖中2,蝕刻速率最初對在高高頻和高HINO2區(qū)域添加大量的水不敏感，前提是所考慮區(qū)域中速率決定物種的濃度保持不變。然而，在一個(gè)相當(dāng)確定的組成下，系統(tǒng)突然對水的加入產(chǎn)生關(guān)鍵影響，蝕刻速率隨著水濃度的輕微增加而迅速消失。下面將顯示，蝕刻速率是由動(dòng)力學(xué)上重要的物種到硅表面的擴(kuò)散速率決定的。因此，蝕刻速率對添加的催化劑的濃度或由添加水引起的硝酸的氧化電位的變化沒有反應(yīng)。然而，在水的臨界濃度下，溶液的氧化電位已經(jīng)降低，使Si表面不再是硝酸幾乎完美的匯，蝕刻速率略有下降。此時(shí)，催化劑的濃度開始發(fā)揮動(dòng)力學(xué)作用。

催化劑產(chǎn)量的減少放大了蝕刻速率的輕微下降，因此在進(jìn)一步加入水時(shí)，蝕刻速率迅速消失，即使速率測定試劑保持在相同的濃度。需要指出的是，常規(guī)濃縮的高頻只包含臨界量，因此非常高的高頻區(qū)域的蝕刻率輪廓的斜率才剛剛開始與恒定的次硝酸線平行，濃度。正因?yàn)檫@個(gè)原因，有必要進(jìn)入更集中的系統(tǒng)，在那里的水量不如臨界值。

圖2.模具厚度的恒定變化速率(每分鐘毫升)作為蝕刻成分的變化曲線(系統(tǒng)中重量%59.75%HF、90.45%HNO3和水)

圖3.模具厚度變化作為HNOs濃度函數(shù)的對數(shù)

審核編輯：湯梓紅