硅腐蚀

对硅腐蚀效果

硅单晶属金刚石结构，在实际的硅单晶中不可能整块晶体中原子完全按金刚石结构整齐排列，总又某些局部区域点阵排列的规律性被破坏，则该区域就称为晶体缺陷。硅单晶中的缺陷主要有点缺陷、线缺陷和面缺陷等三类。晶体缺陷可以在晶体生长过程中产生，也可以在热处理、晶体加工和受放射性辐射时产生。在硅单晶中缺陷区不仅是高应力区，而且极易富集一些杂质，这样缺陷区就比晶格完整区化学活拨性强，对化学腐蚀剂的作用灵敏，因此容易被腐蚀而形成蚀坑，在有高度对称性的低指数面上蚀坑形状通常呈现相应的对称性，如位错在（111）、（100）、（110）面上分别呈三角形、方形和菱形蚀坑。

用作腐蚀显示的腐蚀剂按不同作用大体可分为两类，一类蚀非择优腐蚀剂，它主要用于晶体表面的化学抛光，目的在于达到清洁处理，去除机械损伤层和获得一个光亮的表面；另一类是择优腐蚀剂，用来揭示缺陷。一般腐蚀速度越快择择优性越差，而对择优腐蚀剂则要求缺陷蚀坑的出现率高、特征性强、再现性好和腐蚀时间短。

通常用的择优腐蚀剂主要有以下二种：

（1）希尔腐蚀液（铬酸腐蚀液）

(2)达希腐蚀液

硅片化学腐蚀实质是一个电化学过程, 硅在酸或碱溶液中的腐蚀可以看成

硅在电解质水溶液中的电化学腐蚀。硅片表面由于存在微区杂质浓度的差异或局部微小缺陷及损伤, 在电解质溶液中各个区域出现电位差, 如n - Si 中杂质浓度高的微区或缺陷损伤处电位较低,成为阳极; 而相邻区域电位较高, 成为阴极。这样在硅片表面形成许多微电池,依靠这种微电池的电化学反应使硅表面不断被腐蚀。若将硅片直接浸入酸性化学溶液( HNO3或HF) 或碱性溶液中, 通过化学反应去除硅片表层材料, 使硅片表面无损伤和无晶格位错,能极大地提高硅片的强度,减小翘曲。但存在的问题是如何选择合适的腐蚀深度才能满足要求的力学性能。

腐蚀深度的控制实质是腐蚀速度的选择问题,而腐蚀液的配方对腐蚀速度影响最大,硅在酸溶液中比在碱溶液中腐蚀速度快, 在纯HNO3 或纯HF 中腐蚀速度比混合酸慢。实验中, 将硅片放在由纯HNO3与HF 组成的酸溶液中,发现腐蚀速度非常块。这是由于SiO2 的络合溶解, 使阳极反应继续进行, 大大提高了腐蚀速度。在碱性溶液中H + 离子浓度极为微量,阴极反应很微弱。如果在碱溶液中加入某种中性或碱性氧化剂, 可提高阴极反应速度,加快腐蚀速度。由此可见: 通过控制腐蚀速度的稳定性可以实现腐蚀深度的控制。

杨美仙

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