硅在KOH中各向异性腐蚀的物理模型

各向异性腐蚀

图4.29两种微复制方法的工作原理
4.3.5 LIGA技术的扩展
4.3.5.1准LIGA技术用紫外线或激光代替同步辐射X光深层，该技术需高光敏性
的光刻胶厚胶，目前利用该技术能刻出100m厚的微结构，但侧壁垂直度只有850左右，只能部分代替LIGA技术，适用于对垂直度和深度要求不高的微结构加工。图4.30给出了用紫外线光刻获得的厚60m的光刻胶及电铸出的铁镍合金微结构电镜照片。 4.3.5.2 牺牲层LIGA技术
图4.12平行板反应器的结构原理
（2）离子束腐蚀（Ion Beam Etching，IBE）离子束腐蚀是一种利用惰性离子进行腐蚀的物理腐蚀。在离子束腐蚀中，被腐蚀的衬底和产生离子的等离子区在空间是分离的，如图4.13所示。
图4.13 离子束腐蚀装置结构原理
图4.14 在纯物理离子腐蚀中出现的制造物的原理示意图
40%
1.17
5.28 19.9 64.4 183
50%
0.84
3.77 14.2 45.9 131
硅体在氢氧化钾溶液中，各向异性腐蚀制作各种各样微机械基本结构
4.1.4 硅刻蚀的干法技术
•干法刻蚀具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐蚀的选择比大，以及能进行自动化操作等优点。因此，干法刻蚀在体微加工中将逐渐占有重要地位。 •干法刻蚀的过程可分为以下几个步骤：（1）腐蚀性气体粒子的产生；（2）粒子向衬底的传输
4.1.4.2 物理和化学腐蚀过程相结合化学腐蚀高选择性+物理腐蚀所具有的各向异性
（1）等离子体腐蚀（Plasma Etcing, PE）（2）反应离子腐蚀（Reactive Ion Etching,，RIE）（3）反应离子束腐蚀 4.2 硅体刻蚀自停止技术

硅的腐蚀

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HF-HNO3腐蚀速度的分析 HF-HNO3腐蚀速度的分析当硝酸过量时，氢氟酸少量的变化能明显改变硅片的腐蚀速度。反应过程中硅片表面始终覆盖着氧化膜，即使硝酸浓度有少量变化，仍有足量的硝酸氧化硅表面，硝酸含量的减小只能使氧化膜变得纤细。硅片腐蚀速度决定于HF酸与氧化膜的接触速率即氢氟酸从溶液中扩散到硅片表面的速率决定。
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理 HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
第二步氧化物的溶解过程
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理 HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理
硅在体系中反应的总公式:
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HF-HNO3腐蚀速度的分析 HF-HNO3腐蚀速度的分析
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HF-HNO3腐蚀速度的分析 HF-HNO3腐蚀速度的分析
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各种反应条件对腐蚀反应的影响 1、添加剂的影响 a、常用的添加剂是水和冰醋酸，二者主要是稀释反应物质浓度。水的加入主要降低了硝酸的浓度，从而减小了酸液对硅片的氧化能力。当用冰醋酸做稀释剂时，降低了硝酸的电离度，降低了反应速度。

10
HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理 HF-HNO3体系中酸腐蚀的机理

硅(100)晶面各向异性腐蚀的凸角补偿方法

1）热氧化生长二氧化硅（SiO2）；
2）低压化学气相沉积（low pressure chemical vapor
deposition, LPCVD）淀积氮化硅（Si3N4 ）;
3）采用凸角补偿掩模板进行光刻，并刻蚀Si3N4和
2019年第38卷第3期
传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies)
25
DOI：10.13873/J. 1000-9787(2019)03-0025-03
硅（100）晶面各向异性腐蚀的凸角补偿方法
郭玉刚'，吴佐飞2,田雷2 （1.中国航发控制系统研究所，江苏无锡214063 ; 2.中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨150001）
收稿日期=2018-12-17
26 的2倍"，如图2所示。
传感器与微系统
第38卷
传感器芯片应用中，凸台主要用于过载保护以及提供应力集中区，因此未特别考虑削角比问题。
O
正方形补偿结构具有补偿图形简单、尺寸计算简便等优点，但补偿图形需占据凸角附近较大的区域，比较适合相对孤立的凸角补偿。而在凸台加工时，需要同时针对相邻的4个凸角进行补偿，大大增加了芯片的尺寸。采用正方形补偿结构进行凸角补偿的实例如图3所示，图中所示为凸角补偿腐蚀掩模板以及实际补偿加工样件。
o引言在硅压阻式压力传感器芯片研制过程中，根据敏感膜
是否带有背岛结构将其分为c型膜和E型膜。在常规的应用条件下,C型膜结构即可满足大部分要求，但当有高过载、高线性度等特殊要求时，需要在敏感膜上增加背岛形成 E型结构，起到过载保护以及提高线性度的作用。
通常压阻式压力芯片以（100）单晶硅为材料，采用表面或体硅微机械加工工艺进行加工，而在体硅微机械工艺中，湿法腐蚀是较早被用于硅基传感器加工的方法，根据腐蚀液的不同，可分为各向异性腐蚀和各向同性腐蚀。经过多年的验证与优化，目前仍然广泛采用的是基于氢氧化钾（KOH）,四甲基氢氧化钱（TMAH）等碱性腐蚀液的各向异性湿法腐蚀3'4：0各向异性腐蚀利用单晶硅（100）与（111）晶面上原子排列密度不同，因而在特定腐蚀液中的腐蚀速度不同的特点，在衬底片掩蔽层上开窗口.即可在衬底硅片上加工出硅杯、质量块、V型槽等结构。在各向异性腐蚀工艺中.具有凸直角结构的质量块无法通过直角掩模直接获得，需要考虑削角腐蚀问题。本文针对削角腐蚀问题进行了凸角补偿试验，为研制具有过载保护结构的压

硅的湿法化学腐蚀机理

第34卷　第2期半　导　体　情　报 V o l134,N o12　1997年4月 SE M I CONDU CTOR I N FORM A T I ON A p r11997硅的湿法化学腐蚀机理摘要　我们从晶体生长学的观点评述了单晶的湿法化学腐蚀。

出发点是晶体存在光滑表面和粗糙表面。

光滑表面的动力学是由粗糙表面所缺乏的成核势垒控制,所以后者腐蚀速率要快几个数量级。

对金刚石晶体结构的分析表明,在此晶格中(111)面是唯一的光滑表面,其它面只不过由于表面重构有可能是光滑的。

这样,我们解释了〈001〉方向在KO H∶H2O中的最小腐蚀速率。

关于接近〈001〉方向具有最小腐蚀速率时的腐蚀状态和在H F∶HNO3基溶液中从各向同性腐蚀向各向异性腐蚀转换的两个关键假设,都用实验进行了检测。

结果与理论一致。

1　引言单晶Si、GaA s和石英的各向异性湿法化学腐蚀是微系统制造的关键技术之一。

然而,在特定腐蚀液(例如:KO H∶H2O、ED P、TM A H)中腐蚀速率强烈的各向异性,以及在其它一些腐蚀液(例如:H F∶HNO3∶H2O)中的各向同性至今很难理解。

腐蚀速率的各向异性大部分与在不同结晶方向上晶体表面的化学反应有关。

在这方面,Seidel等人所提出的[1]也许是最新图象,他们假设了一个O H离子与悬挂键接触时的复杂性,相对于两个O H离子与具有两个主键的Si原子接触的情况来讲,它是以一种不同的方式改变了具有三个主键的Si 原子的主键能量。

但是,难点是Si原子不仅在(111)面,而且在(110)面也有三个主键,所以在这些结晶方向上的腐蚀速率和激活能相对实验证据应是可比的。

最近,有人建议用晶体生长的理论来分析单晶的湿法化学腐蚀数据[2],这样,许多实验结果就能很容易地被理解。

从晶体生长的基本理论可直接得知以下观点:(1)在某溶液中腐蚀速率的各向同性和在其它溶液中的各向异性,能给出决定腐蚀速率是否是各向同性或各向异性的判据,并且该判据与实验结果相当。

关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论

论文编号PV-46（共6页）关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论许彦旗汪义川季静佳施正荣无锡尚德太阳能电力有限公司214028摘要：在单晶硅太阳电池的制备工艺中，经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同，在硅片表面形成类“金字塔”状绒面，降低反射率。

本文研究了（氢氧化钠+乙醇）混合体系对（100）晶向的单晶硅片的各向异性腐蚀过程，描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量和反应时间的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面反射率的变化情况，从金字塔的成核、生长过程的角度，分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出了适宜大规模生产的工艺参数。

关键词：单晶硅绒面各向异性Abstract: Anisotropic etching process of (100) oriented crystalline silicon in alkaline solution containing sodium hydroxide and ethanol was investigated, which is the common formula of texturing solution in Chinese mass production of mono-silicon solar cells. This paper shows the different surface morphology and reflectance as the concentrations of NaOH or ethanol, as well as etching time changed. The roles of NaOH and ethanol in the texturing solution are expressed from the view point of nucleation and growth of pyramid. The processing parameters are optimized to meet the requirement for mass production.Key words: crystalline silicon, texturization, anisotropic etching1引言为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率，工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对（100）晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类“金字塔”状的绒面（pyramidal texture），有效的增强了硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。

(100)、(110)硅片湿法各向异性腐蚀特性研究

ＴｈｅｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓａｒｏｕｎｄＢＮ３０３－３０ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃａｕｓｅｆｏｒｆａｉｌｕｒｅｉｓｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｆｏｒｍｅｄｐｉｎｈｏｌｅｗｉｔｈｕｎｄｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅｏｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．Ｂｕｔｏｖｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅｃａｕｓｅｄｎｅｇａｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ．Ｆｏｒｔｈｅｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
１．１．２ＭＥＭＳ的研究和应用领域
微机电系统微型化、智能化、集成度高和多学科交叉等一系列特点，微机电系统的研究领域不仅与微电子学密切相关，而且还广泛涉及到机械、材料制造、信息与自动控制、微摩擦学、微热力学、化学和生物等多种学科，所以微机电系统技术是－－Ｉ＂Ｊ多学科的综合技术。微机电系统的研究包括：理论与技术研究、ＭＥＭＳ材料、ＭＥＭＳ制造工艺研究。微机电系统理论基础研究和技术基
ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｂｅａｍｓ，ｇｒｏｏｖｅ，ｔａｂｌｅ－ｂｏａｒｄ，ｅｔｃ．Ｉｎｍａｎｙｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｃｏｎｔｒｏｌｅｔｃｈｅｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｇｒｅａｔｅＳｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ，ａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｍｏｏｔｈ，ｄｅｆｅｃｔ－ｆｒｅｅｓｉｌｉｃｏｎｓｕｒｆａｃｅｉｓｅ鼹ｅｎｆｉａｌｆｏｒｄｅｖｉｃｅ．啊比ｓｔｕｄｙｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｅｔｃｈｉｎｇｉｓｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓｔｏｇｅｔｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘＭＥＭＳｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

硅各向异性腐蚀速率图的模拟

ＳｍｕａｉｎｏｉｏｒｐｉｃｒｔｉｇａｏｌｃｎｉｌｔｏｆＡｎｓｔｏｃＥｔｈ— ａｅＤａｒｍｆｒＳｉｉｏ
ＺＨＡＮＧｅｊｎＨＵＡＮＧｎａＰｉｕＱｉｇｎ
（ｉｒｅｅｔｏｉｏ￣ｒｏｔｅｓｉｅｓｔｎＭｃｏｌｃｒｎｃＣｔ，ＳｕｈａｔＵｎｖｒｉｅｙｔＮａｇ，２０９ｔＣＨＮ）１０６
ｂｓｄｏＡＴＬＡＢａｅｐｅｅｔｄｂｈｎｅｐｌｔｎｍｅｈｄａｅｎＭｒｒｓｎｅｙｔｅｉｔｒｏａｉｔｏ．Ａｏｏｃｍｐｅｅｅｃｉｇｄａｒｍｏｌｔｔｈｎｉｇａｆｒｓｌｏｉｅｎｏｉｃｎｉｇｖｎａｄｃｍｐｒｄｗｉｈａａｌｂｅｅｐｒｍｅｔ．ｉｓａｅｔｖｉｌｘｅｉｎｓａ
体各向异性腐蚀中形状的变化有Ｗｕｆ—ａｃｄｎｌＪｃｏｉｅｆ
（）ｗＪ “、ｌｗｎｓ（向量）ｌ一些几何模拟方Ｓｏｅｓ慢ｔ等ｓ
法。ｗＪ方法采用平面波的传播，播速率由腐蚀传
速率图决定，每个拐角处对是否出现新的平面进在
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第２卷２
第１期
固体电子学研究与进展
ＲＥＥＳＡＲＣ＆ＰＯＥＳＯＦＳＥＨＲＧＲＳＳ
Ｖｏ．２．．ｊ２Ｎｏ１Ｆｂ，２０ｅ０２
２００２年２月
硅各向异・眭腐蚀速率图的模拟 ’

koh腐蚀硅角度

koh腐蚀硅角度本文将详细介绍硅片使用KOH腐蚀溶液的腐蚀过程及其相关因素，如腐蚀硅角度和最佳蚀刻时间等。

我们还将提供一些实践经验，以帮助读者在实际操作中更好地控制腐蚀过程，以达到最佳的蚀刻效果。

一、硅片腐蚀原理硅片在KOH溶液中的腐蚀是一种化学腐蚀过程，主要依靠氢氟酸和KOH的化学反应来实现。

硅片中的硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和硅氢键，这个反应是可逆的。

当溶液中存在足够多的OH⁻离子时，生成的硅氢键会进一步与OH⁻离子反应，生成水和KHS，从而加速了硅片的腐蚀过程。

二、腐蚀硅角度在KOH溶液中，硅片表面的腐蚀程度会受到角度的影响。

当硅片被放置在溶液中时，不同角度的倾斜会导致溶液在硅片表面的停留时间和渗透深度不同，从而影响腐蚀程度。

一般来说，当硅片与溶液呈45°角时，腐蚀程度最为均匀。

这是因为在这个角度下，溶液在硅片表面上的渗透深度和停留时间都相对均衡，从而保证了蚀刻效果的均匀性。

三、最佳蚀刻时间除了腐蚀硅角度外，蚀刻时间也是影响蚀刻效果的重要因素。

过短的蚀刻时间会导致硅片表面未充分腐蚀，而过长的蚀刻时间则会导致硅片表面过度腐蚀，影响最终的形状和尺寸精度。

因此，需要根据硅片的材质、厚度以及应用需求来选择合适的蚀刻时间。

一般来说，通过多次试验和经验积累，可以找到最佳的蚀刻时间，从而获得最佳的蚀刻效果。

四、实践经验分享1. 清洗硅片：在开始腐蚀之前，需要确保硅片表面干净，以避免杂质影响腐蚀效果。

可以使用超声波清洗剂来清洗硅片。

2. 控制温度：KOH溶液的温度会影响腐蚀速度，因此需要确保溶液温度适中，以获得最佳的蚀刻效果。

3. 保持恒定的蚀刻速度：在蚀刻过程中，可以通过控制溶液中的OH⁻离子浓度来保持恒定的蚀刻速度，从而保证蚀刻效果的均匀性。

4. 及时取出硅片：当达到预设的蚀刻时间时，需要及时将硅片取出，以免过度腐蚀。

5. 避免过度搅拌：过度搅拌会加速硅片的腐蚀速度，导致过度侵蚀，因此需要避免。

P型单晶硅片在KOH溶液中腐蚀行为的电化学研究

P型单晶硅片在KOH溶液中腐蚀行为的电化学研究Electrochem ical Study on Corrosion Behaviors of p-siliconWafers in K OH Solutions宋晓岚,张晓伟,徐大余,喻振兴,邱冠周(中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083) SON G Xiao-lan,ZH ANG Xiao-w ei,XU Da-yu,YU Zhen-xing,QIU Guan-zhou(School of Resources Pro cessing and Bioeng ineer ing,Central South University,Changsha410083,China)摘要:采用电化学极化测量技术研究了p(100)和p(111)硅片在碱性K OH溶液中的腐蚀行为,考察了K OH溶液浓度、温度和硅片表面缝隙等因素对腐蚀行为的影响。

结果表明:在室温下当K O H浓度为5~6mol/L时硅片腐蚀速率最大;随着K O H腐蚀液温度增加,腐蚀速率增大,在50e左右腐蚀速率增加显著;硅片表面缝隙会加剧硅的局部腐蚀,在同等实验条件下缝隙腐蚀速率比均匀腐蚀快一个数量级。

关键词:P型单晶硅片;腐蚀行为;极化曲线;缝隙腐蚀中图分类号:T B34文献标识码:A文章编号:1001-4381(2008)10-0126-06Abstract:T he corro sion behaviors of p-type(100)and p-type(111)silicon w afers etched in KOH so-lutions w ere inv estig ated by using electrochemical DC po lar ization techniques and the influences of the KOH so lution tem perature,concentr ation and surface crevices on the co rrosio n behaviors of silicon w afers w ere studied.T he results reveal that corr osion rate reach the max im um w hen the KOH con-centratio n is5-6mo l/L at ro om tem perature for p-type(100)and p-type(111)silicon.With so lution temperature increasing,the corr osion r ate incr eases,and at50e the corr osion rate increases sig nif-i cantly.Crevice ex acerbates the corro sion rate of local silicon.T he co rrosion r ate w ill be an o rder of magnitude faster than the unifor m corr osion under the sam e co nditions.Key words:p-ty pe silicon w afer;corrosion behavior;polarizatio n curve;crevice corr osion从20世纪50年代起,人们对硅的刻蚀研究主要应用于硅微机械加工领域,在刻蚀体系的微加工、缺陷的测定、表面等刻蚀体系的开发和表征等方面作了大量工作。

硅的各向异性湿法腐蚀工艺及其在微纳结构中的应用研究

图 1. 5 Yi Wei Xu、Aron Michel 等人的腐蚀实验结果 ............................................ 3
图 1. 10 高深宽比的梳状微致动器 ............................................................................... 6 图 1. 11 V 型槽硅微通道冷却器主要部件示意图 ....................................................... 6 图 1. 12 扫描探针显微镜的探针阵列 ........................................................................... 7 图 1. 13 Chih-Hung Sun 和 Nicholas C. Linn 等人制作的纳米结构阵列 ................... 8 图 1. 14 湿法腐蚀可制备的几种结构特征的金属纳米结构阵列 ............................... 9 图 2. 1 图 2. 2 图 2. 3 图 2. 4 图 2. 5 图 2. 6 图 2. 7 图 2. 8 图 2. 9 硅的面心立方晶系中的一些重要的晶面及密勒指数 ................................. 11 单晶硅的常见晶面 ......................................................................................... 12 硅片的主、次定位面 ..................................................................................... 13 (a)硅晶体的单元结构 (b)硅的晶体结构 ...................................................... 13 硅晶体沿典型方向的晶格截面 ..................................................................... 14 硅晶体三个主要晶面的原子排列示意图 ..................................................... 14 硅晶体三个主要晶面的硅原子化学键示意图 ............................................. 14 硅的各向同性与各向异性湿法腐蚀截面示意图 ......................................... 15 硅/电解液界面的能带模型[5]（上图为 p 型硅，下图为 n 型硅） ............. 19

关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论(paper)

论文编号PV-46（共6页）关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论许彦旗汪义川季静佳施正荣无锡尚德太阳能电力有限公司214028摘要：在单晶硅太阳电池的制备工艺中，经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同，在硅片表面形成类“金字塔”状绒面，降低反射率。

本文研究了（氢氧化钠+乙醇）混合体系对（100）晶向的单晶硅片的各向异性腐蚀过程，描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量和反应时间的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面反射率的变化情况，从金字塔的成核、生长过程的角度，分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出了适宜大规模生产的工艺参数。

关键词：单晶硅绒面各向异性Abstract: Anisotropic etching process of (100) oriented crystalline silicon in alkaline solution containing sodium hydroxide and ethanol was investigated, which is the common formula of texturing solution in Chinese mass production of mono-silicon solar cells. This paper shows the different surface morphology and reflectance as the concentrations of NaOH or ethanol, as well as etching time changed. The roles of NaOH and ethanol in the texturing solution are expressed from the view point of nucleation and growth of pyramid. The processing parameters are optimized to meet the requirement for mass production.Key words: crystalline silicon, texturization, anisotropic etching1引言为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率，工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对（100）晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类“金字塔”状的绒面（pyramidal texture），有效的增强了硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。

关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论概要

论文编号PV-46（共6页）关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论许彦旗汪义川季静佳施正荣无锡尚德太阳能电力有限公司214028摘要：在单晶硅太阳电池的制备工艺中，经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同，在硅片表面形成类“金字塔”状绒面，降低反射率。

本文研究了（氢氧化钠+乙醇）混合体系对（100）晶向的单晶硅片的各向异性腐蚀过程，描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量和反应时间的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面反射率的变化情况，从金字塔的成核、生长过程的角度，分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出了适宜大规模生产的工艺参数。

关键词：单晶硅绒面各向异性Abstract: Anisotropic etching process of (100 oriented crystalline silicon in alkaline solution containing sodium hydroxide and ethanol was investigated, which is the common formula of texturing solution in Chinese mass production of mono-silicon solar cells. This paper shows the different surface morphology and reflectance as the concentrations of NaOH or ethanol, as well as etching time changed. The roles of NaOH and ethanol in the texturing solution are expressed from the view point of nucleation and growth of pyramid. The processing parameters are optimized to meet the requirement for mass production. Key words: crystalline silicon, texturization, anisotropic etching1引言为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率，工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对（100）晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类“金字塔”状的绒面（pyramidal texture ），有效的增强了硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。

关于单晶硅各项异性腐蚀机理的讨论

以上仅为初步认识，可能存在不妥之处，请多多指教，要保持绒面可控，有待进一步摸索，谢谢！
乙醇在制绒液中de作用
通过实践了解，我认为乙醇在制绒液中起两点作用：一，协助氢气泡的释放；二，可以减弱氢氧化钠对硅片的腐蚀力度。
结论
氢氧化钠、硅酸钠与乙醇的混合溶液对晶体硅进行腐蚀，可以制备出类似金字塔的结构表面。理想的绒面应是金字塔体积较小.大小均匀.覆盖率高。适宜的制绒液在77——80摄氏度按照上述所设的配方下反应30分钟左右，就可以在单晶硅片表面形成色泽均匀.反射率低的金字塔绒面。
控制理想绒面的形成因素
理想质量的绒面的形成,受到了诸多因素的影响,例如原材料的特性、制绒液的组成、各组分的含量、温度、反应时间等。为了维持生产良好的可从复性，并获得高的生产效率,要求我们比较透彻的了解绒面的形成机理,控制对制绒过程影响较大的因素,在较短的时间内形成质量较好的金字塔容面.
宁晋新材料：配液加2瓶NaOH, 16瓶C2H5OH, 然后每筐加1/3瓶NaOH，3瓶C2H5OH. 俄罗斯:配液加2瓶NaOH, 16瓶C2H5OH, 然后每筐加2/3左右瓶NaOH，3瓶C2H5OH. 乌克兰：配液加1.5瓶NaOH, 16－18瓶C2H5OH, 然后每筐加1/3瓶NaOH，3瓶C2H5OH. 有些片子容面不好做，那么我们先把片子做干净保证片子不发亮无白斑后尽力把容面调到最佳状态.
绒面的作用
为了提高单晶硅太阳能电池的光电转换效率, 工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对(100) 晶面的单晶硅片的各项异性腐蚀在表面形
成类似“金字塔”状的绒面,有效增强硅片对入射太阳光的吸收,从而提高光生电流密度。
理想质量的绒面
对于既可获得低的表面反射率,又有利于太阳能电池的后续制作工艺绒面,应该是金字塔大小均匀,单体尺寸在10~20微米之间,相邻金字塔之间没有空隙, 即覆盖率达到 100%。如图!

KOH溶液中（110）硅片腐蚀特性的研究

KOH溶液中（110）硅片腐蚀特性的研究KOH溶液中(11O)硅片腐蚀特性的研究贾翠萍,董玮,徐宝琨,潘(吉林大学电子科学与工程学院集成光电建旋,周敬然,陈维友子国家重点实验室,长春130012)摘要:研究了在KOH溶液中(110)硅片的腐蚀特性,在保证(1l0)面的平整和{ll1}面的光滑的腐蚀实验条件下,利用(1l0)面和{ll1}面腐蚀选择比大,采用湿法腐蚀技术可以制作高深宽比结构的方式,在(1l0)硅片上设计制作出光开关用微反射镜.在腐蚀过程中光开关悬臂的凸角处产生了削角现象,利用表面硅原子悬挂键的分布特征对产生削角的原因作了合理解释,这为以后研究凸角补偿提供了理论依据.关键词:KOH溶液:(1l0)硅片:凸角;悬挂键中图分类号:TN405.98文献标识码:A文章编号:1003.353X(2005)06.0052.04 StudyontheCharacteristicsofthe(1lo)SiliconEtchedinK0HSolutionJIACui—ping,DONGWei,XUBao—kun,PANJian—xuan,ZHOUJing—ran,CHENWei —youLStateKeyLabonIntegrateOptoelectronics.CollegeofElectronicSciences&Enginee ring,JilinUniversity,Changchgin13O012,China)Abstract:Thecharacteristicsofthe(110)siliconetchedinKOHsolutioniSstudied.Onthe experimentalconditionoftheflatetched(110)planeandthesmooth{111}planes,thehigh—respect—ratiostructurecanbefabricatedduetothehighetchratioofthe(110)planeto{111}planes.Inthi sway,themicromirrorfortheopticalswitchcanbefabricatedinthe(1101silicon.Butwhentheb eamoftheopticalswitchisformed,undercutOccursontheconvex.Anditcanbeexplainedbythe danglingbondsofthesiliconatom,whichisthebasictheoryforthefurtherstudyoftheconvex compensation.Keywords:KOHsolution;(110)silicon;convex;danglingbonds1引言采用KOH溶液进行各向异性腐蚀硅是微机械加工中的一项重要技术,利用它可以形成方形,矩形的硅膜片以及其他复杂的三维结构,在传感器,执行器及微机械制作领域具有非常广泛的应用.有关(100)硅片的各向异性腐蚀技术的研究和应用比较多,而(1l0)硅片在腐蚀时,表现出与(100)硅片不同的特性,能够形成的垂直于衬底的{lll}面,可以提供大面积,高质量的光学表面,在光基金项目:国家重点计划863项目(2002AA312023)52半导体技术第30卷第6期学领域具有广泛的应用.在KOH溶液中,腐蚀(1l0)面与{lll}面的选择比很高,可以形成高深宽比微结构.利用可以实现高深宽比结构的方式在(1l0)硅片上制作的微反射镜【1】已应用于分束器,硅标准器,法布里.珀罗干涉仪和迈克尔逊干涉仪等.本文主要研究了在KOH溶液中(1l0)硅片的腐蚀特性,即KOH溶液的浓度和温度对腐蚀的(1l0)衬底表面和垂直于衬底的{lll}侧面平整度和光滑性的影响.利用在KOH溶液中(1l0)面和{lll}面腐蚀选择比大的特点,可以在(1l0)硅片上设计制作光开关用微反射镜.但在腐蚀过程2005年6月2tr.#-g丝术■log)中,光开关悬臂凸角处产生了削角,本文从表面硅原子悬挂键}2_,】的分布特征对削角产生的原因进行了解释.2实验研究在(110)硅片上有4个与硅片水平(110)面垂直的{111}面,它们分别是(1.I1),(一11—1),(_l11)和(1_I_I),如图1所示.这四个晶面两两平行,彼此间的夹角为70.53..实验中首先用扇形定位结构[4】在(110)硅片上精确确定{111}晶面的方位.在光刻对版时,图形方位与晶体内部{1l1}面的方位稍有偏离,腐蚀出的{111}侧面就会出现侧棱现象.因此为得到光滑平整的{111}面,必须采用定位结构来确定{111}晶面方位.腐蚀后得到侧面为垂直于(110)面的U形槽结构,如图2所示.u型槽的侧面是{111}面,底面为(110)面.图l(1l0)硅片上{ll1}面的分布情况{lll}面图2KOH溶液腐蚀后的(1l0)面和{lll}面采用KOH溶液腐蚀在(110)硅片上制作微结构,不仅要有垂直光滑的{1111侧面,也需要有平整的(110)底面.因此进行器件结构制作前要对它们在KOH溶液中腐蚀呈现表面平整光滑的条件有所了解.图3为温度为70℃不同浓度KOH溶液利用磁力搅拌器腐蚀的(110)面情况.由图中可以明显看到KOH溶液浓度低于40%时,腐蚀得到一簟■一■图370℃不同浓度KOH溶液腐蚀(1】0)面的SEM图的(110)表面有许多的棱状结构,整个表面起伏不平;而溶液浓度大于40%时,(110)面的表面出现丘状突兀,同样表面也是凸凹不平;只有溶液浓度在40%的情况下腐蚀得到的(110)面平整性比较好.因此,实验选用浓度为40%的KOH腐蚀溶液.除了KOH溶液浓度对腐蚀的(110)面有影响外,腐蚀液的温度也是必不可少的考虑因素.图4为不同温度下40%KOH溶液腐蚀的(110)面.由图可以直接观察到腐蚀的(110)面随KOH溶液温度的升高光滑度有所增加.一一■_-图4不同温度40%K0H溶液腐蚀(1】0)面的SEM图实验还发现,{111}面的光滑程度随KOH溶液浓度和温度的变化基本保持不变.70℃下40%的KOH溶液腐蚀的{111}面,用原子力显微镜测量其粗糙度仅为10nm,是较好的光学表面.(110)面和{111}面在KOH溶液中腐蚀速率有很大的差别,图5为(110)面与{111}面的选择比随70~C下KOH溶液浓度的变化情况.K0H溶液浓度在30%～50%,(110)面与{111}面的选择比都在130以上,利用这个特性可以设计制作高深宽比微结SemiconductorTechnologyV o1.30No.653=一:～^=丑辙蚓K0H浓度/wt%图5(1l0)面与{lll}面的选择比随70℃下KOH溶液浓度的变化构.我们在(110)硅片上已制作出了应用于光开关的微反射镜.图6为微反射镜的扫描电镜图,该反射镜的垂直性优于在(100)硅片上制作的微反射镜.图6(1l0)硅片上制作的微反射镜SEM图在(110)硅片上制作光开关,用KOH溶液腐蚀制作悬臂时,悬臂凸角处产生了削角现象,如图7所示,A+,B+定义为凸角,由图可以看出A+,B+两凸角处出现了很明显的削角.产生凸角现象的原因可以通过分析凸角处的表面硅原子悬挂键的分布特征来解释.图8是凸角处表面硅原子的悬挂键情况,由图可以看出对应于A+凸角顶端处的硅原子AA'连线上每个硅原子有两个悬挂键,而相邻的处于{111}面上的每个硅原子只有一个悬挂键.由于两处表面硅原子悬挂键的密度不同,即凸角A+处表面硅原子的悬挂键密度比相邻的处于{111}面上的表面硅原子悬挂键密度大, 致使在化学反应中两处的稳定性有差别,凸角处的54半导体技术第30卷第6期图7KOH溶液腐蚀后的光开关悬臂A图8凸角腐蚀速率较{111)面的大,由此产生了凸角削角.再看B+凸角处BB'连线附近的硅原子悬挂键情况, 和{111}表面硅原子一样,每个硅原子也只有一个悬挂键.但是凸角处表面硅原子的排列密度比{111}面的要大,换句话也可以说是凸角处表面硅原子的悬挂键密度较{111}面硅原子的大.同样由于悬挂键密度的差异使得凸角处和相邻{111}面的腐蚀速率不一致,凸角处的腐蚀速率比{111}面的大,在该处也产生了削角现象.为进一步完善器件的结构,需要进行合理的凸角补偿设计,这部分工作有待于进一步的研究.3结论用KOH溶液腐蚀(110)硅片,腐蚀出垂直于衬底表面的{111}面可以提供大面积,高质量的光学表面,并已被应用到很多的光学元件中.实验研究了KOH溶液浓度和温度对腐蚀的(110)面和{111}面平整度和光滑性的影响,70℃,40%的KOH溶液腐蚀的(110)面比较平整,并且40%KOH溶液腐蚀的(110)面随溶液温度的升高,光滑度有所增加,而腐蚀出的{111}面的平整2005年6月支撑丝木■ii面ogY性基本不随KOH溶液温度和浓度改变.在70℃下KOH溶液浓度为40%的条件下腐蚀出的{111}面,用原子力显微镜测得其表面粗糙度仅为10nm,是较好的光学表面.并且在70℃时KOH溶液浓度在35%～50%范围内测得(110)面和{111{面的选择比都在130以上,可以利用这种特性和相应的工艺条件设计制作高深宽比微结构.我们在(110)硅片上已设计制作出光开关用微反射镜,垂直性优于在(1O0)硅片上制作的反射镜.但在用KOH溶液腐蚀制作光开关悬臂时,悬臂凸角处产生了削角现象,本文从硅原子悬挂键的分布特征对产生削角的原因做了解释,为以后完善器件结构,进行补偿图形的设计提供了较好的理论依据.参考文献:【11UENISHIY,TSUGAIM,MEHREGANYMl Microoptomechanicaldevicefabricatedbyanisotro—picetchingof(100)silicon[J].JMicromechMicroeng, 1995,5:305—312.【2】PALIKED,eta1.Ellipasometricstudyoforientation—dependentetchingofsiliconinaqueousKOH【J】.J Electrochem.Soc,1985,132(4):871.【31PALIKED,eta1.Studyoftheetch—stopmechanism insilicon[J].JElectrochemSoc,l982,l29(9):2051.【4】CIARLODR.Alatchingaccelerometerfabricatedby theanisotropiCetchingOf(110)Orientedsilic0nwafers[J】.JMicromechMicroeng,l992,2:12一l3.(收稿日期:2004l201)作者简介:贾翠萍(1979.),女,山东人,博士研究生,主要研究方向为MOEMS光通信器件;陈维友(1965一),男,博士生导师,主要从事OEDCAD和光电通信器件的研究.(上接第51页)时,R.川.等于O.026(K/W),即使其厚度为100uin,R.All.h也只等于0.131(K/W);当选用热沉粘接胶Ablefilm5020K,:O.7W/m?K,同时其厚度等于20laIll时,.h等于1.457(K/W),当其厚度为1001.tin时,.A¨.h等于7.286(K/W);当我们选用导电型芯片粘接胶Ablebond84—1LMISR4,=2.5W/m?K,同时其厚度等于20l-t1"13时,R.All.h等于0.408(K/W),当其厚度为100lain时,.Alt.h等于2.041(K/W).因此,选用不同的粘接材料对其热阻存在很大的影响,同时,在印刷或涂敷芯片粘接材料时,如何降低材料厚度也十分重要.4结语LED芯片结温最高允许125℃,如果其最差工作环境温度为65℃,则对一个1W的大功率LED来说,考虑到从大功率器件外部热沉的热阻一般为4O(K/W),器件pn结至器件的热阻应小于20(K/W).而对一个5w的大功率LED来说,如果其最差工作环境温度为65℃,则从pn结至环境的热阻要小于12w才能保证芯片结温不超过125℃,而如果选用Ablefilm5020K热沉粘接胶,=O.7w/Ill?K同时其厚度为100laIll,仅芯片粘贴材料的热阻..h就等于7.286(K/W).因此,在Flipchip大功率LED器件的封装中,选用合适的芯片衬底粘贴材料并在批量生产工艺中保证粘贴厚度尽量小,对保证器件的可靠性和出光特性是十分重要的.参考文献:【l】DANIELAS,JEROMECB,DAVEC,eta1.Illumination withsolidstatelightingtechnology[J】.IEEEJonSe- lectedTopicsinQuantumElectronics,2002,8(2):310—320.【2】ApplicationBriefAB23,ThermaldesignconsiderationsforLuxeon5wattpowerlightsources【EB/0L】.http://WWW.1um订.2002—0l—O8.【3】ThermalmanagementofgoldendragonLED[EB/OL].http://www.osram?.2002—0l—l1.(收稿日期:2004ll05)作者简介:余彬海(1965.),男,湖北鄂州人,博士后,电子高级工程师,l997年4月毕业于华中理工大学机电一体化专业,获工学博士学位,现在佛山市国星光电科技有限公司任副总经理,总工程师,主要从事半导体发光器件和半导体照明产品开发工作,专业是半导体发光器件和半导体照明技术研究,主要研究方向为新型大功率发光器件,器件可靠性.SemiconductorTechnologyV o1.30No.655。

P型单晶硅片在KOH溶液中腐蚀行为的电化学研究

P型单晶硅片在KOH溶液中腐蚀行为的电化学研究Electrochem ical Study on Corrosion Behaviors of p-siliconWafers in K OH Solutions宋晓岚,张晓伟,徐大余,喻振兴,邱冠周(中南大学资源加工与生物工程学院,长沙410083) SON G Xiao-lan,ZH ANG Xiao-w ei,XU Da-yu,YU Zhen-xing,QIU Guan-zhou(School of Resources Pro cessing and Bioeng ineer ing,Central South University,Changsha410083,China)摘要:采用电化学极化测量技术研究了p(100)和p(111)硅片在碱性K OH溶液中的腐蚀行为,考察了K OH溶液浓度、温度和硅片表面缝隙等因素对腐蚀行为的影响。

结果表明:在室温下当K O H浓度为5~6mol/L时硅片腐蚀速率最大;随着K O H腐蚀液温度增加,腐蚀速率增大,在50e左右腐蚀速率增加显著;硅片表面缝隙会加剧硅的局部腐蚀,在同等实验条件下缝隙腐蚀速率比均匀腐蚀快一个数量级。

关键词:P型单晶硅片;腐蚀行为;极化曲线;缝隙腐蚀中图分类号:T B34文献标识码:A文章编号:1001-4381(2008)10-0126-06Abstract:T he corro sion behaviors of p-type(100)and p-type(111)silicon w afers etched in KOH so-lutions w ere inv estig ated by using electrochemical DC po lar ization techniques and the influences of the KOH so lution tem perature,concentr ation and surface crevices on the co rrosio n behaviors of silicon w afers w ere studied.T he results reveal that corr osion rate reach the max im um w hen the KOH con-centratio n is5-6mo l/L at ro om tem perature for p-type(100)and p-type(111)silicon.With so lution temperature increasing,the corr osion r ate incr eases,and at50e the corr osion rate increases sig nif-i cantly.Crevice ex acerbates the corro sion rate of local silicon.T he co rrosion r ate w ill be an o rder of magnitude faster than the unifor m corr osion under the sam e co nditions.Key words:p-ty pe silicon w afer;corrosion behavior;polarizatio n curve;crevice corr osion从20世纪50年代起,人们对硅的刻蚀研究主要应用于硅微机械加工领域,在刻蚀体系的微加工、缺陷的测定、表面等刻蚀体系的开发和表征等方面作了大量工作。

KOH各向异性腐蚀中预处理对硅表面粗糙度的影响

：ＡｂｓｔｒａｃｔｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｍａｋｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔＥｐｐｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒａｆｔｅｒｔｈｅＫＯＨｅｔｃｈｉｎ．３５℃ ＢＯＥ，ｒｏｏｍｇｇｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓＢＯＥ，１０∶１ＨＦａｎｄ５０∶１ＨＦｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｅｔｃｈｉｎｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏｍａｋｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｐｇｐｏｎｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｓ．ＴｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔＫＯＨｅｔｃｈｉｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｕｎｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ－ｐｇｐｅｔｃｈｉｎｏｎｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｈｎｅｓｓｏｆｇｐｇｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｗｉｔｈｉｓａｂｏｕｔ１ｎｍｔｈｉｃｋｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｕｎｏｎｅ．－ｐｐｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｗｈｉｃｈｗａｓｉｎＨＦｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｎｅｔｅｃｈｅｄＴｈｅｒｅｔｒｅａｔｅｄｇｐｗｉｔｈＫＯＨｂｅｃｏｍｅｓｗｏｒｓｅ．：；；ＫｅｗｏｒｄｓＫＯＨｅｔｃｈｉｎａｎｉｓｏｔｒｏｉｃｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｈｎｅｓｓｇｐｇｙ

硅片的湿法刻蚀的各向异性加工出V形槽条纹

利用湿法刻蚀在硅片加工出V形槽条纹1刻蚀原理硅的湿法刻蚀是指利用含有腐蚀剂的溶液对硅进行腐蚀, 可分为各向同性腐蚀技术和各向异性腐蚀技术。

各向同性腐蚀是指各个晶向上的腐蚀速率相同, 衬底和表面取向的不同对腐蚀速率的影响不大。

各向异性腐蚀是指硅的不同晶面在某些特定的腐蚀液中被刻蚀的速率不同, 导致各个晶向的腐蚀速率不同。

现出结构边缘平滑的现象。

各向同性腐蚀液常用HF、HN O3 和H2O(CH3COOH) , 用这些腐蚀液很难实现选择性腐蚀, 并且很难能找到能够长时间承受腐蚀的材料。

各向异性腐蚀液包括无机腐蚀剂和有机腐蚀剂两种, 其中无机腐蚀剂为NH4OH、KOH 和NaOH 等碱性溶液, 有机腐蚀剂为TMAH、EPW( 邻苯二酚、乙二胺、水) 和联胺。

通常情况下选用KOH、( CH3 ) 2CHOH ( 异丙醇也叫IPA) [ 8] 和水作为各向异性腐蚀液, 则根据硅在腐蚀液中的腐蚀机制可表示如下：KOH+ H3O=K++2OH-+H+Si+ 2OH- + 4H2O=Si( OH)6 2-Si( OH) 62-+ 6( CH3) 2CH OH= [ Si( OC3H7 ) ] 62-+ 6H2O然后，络合产物与异丙醇作用生成可溶解。

2工艺实现为实现利用湿法刻蚀在硅片加工出V形槽条纹这一目标，需要三步工艺：氧化，光刻，硅腐蚀。

图1硅单晶晶体结构在本文中用（100）双面抛光硅片来叙述，图2中V型槽的两个斜面为(111)晶面，底面为(100)晶面。

由晶体结构计算斜面（111）与地面（100）夹角54.736°。

当腐蚀的时候，从（100）硅片上沿着（110）方向腐蚀时掉需要腐蚀的硅原子，从而暴露出倾角为54.736°的（111）面，双面进行就会形成V型槽结构。

由于硅片的腐蚀存在备向异性，硅(111)晶面的腐蚀速度远小于(100)面的。

因此，只要选择适当的腐蚀温度和时间，就能得到如图2所示的硅片V型槽。