第六讲-湿法腐蚀电子教案
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• Relationship between etching rate and concentration?
• Selectivity of KOH etching?
• What’s corner compensation?
• Etching stop method?
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Selectivity of KOH etching? • What’s corner compensation? • Etching stop method?
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Relationship between etching rate and concentration?
Heavily doped
Lightly doped
Heavily doped
Etch Stops
控制时间
控制掺杂浓度
浓硼掺杂自停止腐蚀技 术：KOH、EPW腐蚀，在 掺杂浓度小于阈值时， 腐蚀速率为常数，大于 阈值时，腐蚀速率急剧 降低—重掺杂导致腐蚀 停止。
湿法腐蚀工艺
理论模型：三种 应变模型—重掺杂应力使表面SiO2生长速率超过腐蚀速率 复合模型—硅表面高浓度空穴存在使氧化反应中产生的电子复
三极系统
N型外延层对腐蚀液电位难于精确控制，影响N层厚度均匀 性。需增加参考电极（RE）—三极系统
但P型区电位由于缺陷等原因导致短路，引起边界电流，钝 化P区。即使理想的PN结也会因双极效应使腐蚀停在离PN结 界面几微米处
四极系统
• Selectivity of KOH etching?
• What’s corner compensation? • Etching stop method?
通常{111} 面腐蚀速率 最慢，与 {100}比可 达400：1
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
电钝化
电钝化腐蚀机制：腐蚀反应 分三个区
A区：Vocp附近把Si开始 转化为硅复合物 Si(OH)22+和H2，无 电荷转移，电流为 零
B区：VPP附近，开始成，电流迅速接近 于零
电钝化
相关参数的影响：晶向、掺杂浓度、温度、腐蚀液配比
光照的影响：产生电子空穴对 N型：Vpp降低，Vocp不变； P型： Vpp降低，Vocp向正方向飘移 尽量避免光照
• Selectivity of KOH etching? • What’s corner compensation? • Etching stop method?
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Relationship between etching rate and concentration?
• There are several etch stop techniques, including concentration-dependent, electrochemical, and dielectric.
• These etch stops allow one to control the thickness of a microstructure accurately (<1µm), and have very uniform and reproducible characteristics
第六讲 湿法腐蚀/刻蚀
outline
• Si --Anisotropic ----KOH, TMAH, EPW --Isotropic ----HNA • SiO2-Glass, PSG --Isotropic ----HF, BHF • Si3N4 --Isotropic ----Boiled H3PO4 • Example
利用电钝化可以进行停止控制，问题是？
PN结自停止腐蚀
PN结自停止腐蚀：P衬底生长N外延层（结构层） SiO2，SiN掩膜，恒压源加在N区和CE之间，电压略大于Vpp
N区接正极，PN结反偏，电压落在结上，P衬底被正常腐蚀； P衬底被腐蚀掉后，PN结被破坏，外加电压加在N与腐蚀液 间，且大于N型硅的钝化势，N型硅被钝化，腐蚀停止
• Relationship between etching rate and concentration?
• Selectivity of KOH etching? • What’s corner compensation?
• Etching stop method?
Etch Stops
• Often, it is required that one etch a region of silicon and stop on a well defined “etch-stop” that then stops the etch abruptly.
Silicon Etching (Anisotropic)
• KOH • EPW • TMAH
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Relationship between etching rate and concentration?
合，还原反应因为缺少电子减慢，腐蚀速率降低 电化学模型—利用能带理论解释。
缺点：应力大，压阻系数突变，IC不兼容
解决办法: PN结自停止
电钝化
装置：
工作电极（WE）： 接硅
辅助电极（CE）： 腐蚀液中（Pt）
参考电极（RE）： 测硅的电势，
（SCE饱和甘汞电极）
I—V曲线反应了不 同材料、导电类型 的普遍特征（Vocp： 开路电势；Vpp： 钝化势）
• Selectivity of KOH etching?
• What’s corner compensation?
• Etching stop method?
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Selectivity of KOH etching? • What’s corner compensation? • Etching stop method?
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Relationship between etching rate and concentration?
Heavily doped
Lightly doped
Heavily doped
Etch Stops
控制时间
控制掺杂浓度
浓硼掺杂自停止腐蚀技 术：KOH、EPW腐蚀，在 掺杂浓度小于阈值时， 腐蚀速率为常数，大于 阈值时，腐蚀速率急剧 降低—重掺杂导致腐蚀 停止。
湿法腐蚀工艺
理论模型：三种 应变模型—重掺杂应力使表面SiO2生长速率超过腐蚀速率 复合模型—硅表面高浓度空穴存在使氧化反应中产生的电子复
三极系统
N型外延层对腐蚀液电位难于精确控制，影响N层厚度均匀 性。需增加参考电极（RE）—三极系统
但P型区电位由于缺陷等原因导致短路，引起边界电流，钝 化P区。即使理想的PN结也会因双极效应使腐蚀停在离PN结 界面几微米处
四极系统
• Selectivity of KOH etching?
• What’s corner compensation? • Etching stop method?
通常{111} 面腐蚀速率 最慢，与 {100}比可 达400：1
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
电钝化
电钝化腐蚀机制：腐蚀反应 分三个区
A区：Vocp附近把Si开始 转化为硅复合物 Si(OH)22+和H2，无 电荷转移，电流为 零
B区：VPP附近，开始成，电流迅速接近 于零
电钝化
相关参数的影响：晶向、掺杂浓度、温度、腐蚀液配比
光照的影响：产生电子空穴对 N型：Vpp降低，Vocp不变； P型： Vpp降低，Vocp向正方向飘移 尽量避免光照
• Selectivity of KOH etching? • What’s corner compensation? • Etching stop method?
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Relationship between etching rate and concentration?
• There are several etch stop techniques, including concentration-dependent, electrochemical, and dielectric.
• These etch stops allow one to control the thickness of a microstructure accurately (<1µm), and have very uniform and reproducible characteristics
第六讲 湿法腐蚀/刻蚀
outline
• Si --Anisotropic ----KOH, TMAH, EPW --Isotropic ----HNA • SiO2-Glass, PSG --Isotropic ----HF, BHF • Si3N4 --Isotropic ----Boiled H3PO4 • Example
利用电钝化可以进行停止控制，问题是？
PN结自停止腐蚀
PN结自停止腐蚀：P衬底生长N外延层（结构层） SiO2，SiN掩膜，恒压源加在N区和CE之间，电压略大于Vpp
N区接正极，PN结反偏，电压落在结上，P衬底被正常腐蚀； P衬底被腐蚀掉后，PN结被破坏，外加电压加在N与腐蚀液 间，且大于N型硅的钝化势，N型硅被钝化，腐蚀停止
• Relationship between etching rate and concentration?
• Selectivity of KOH etching? • What’s corner compensation?
• Etching stop method?
Etch Stops
• Often, it is required that one etch a region of silicon and stop on a well defined “etch-stop” that then stops the etch abruptly.
Silicon Etching (Anisotropic)
• KOH • EPW • TMAH
KOH etching
• Relationship between etching rate and temperature?
• Relationship between etching rate and concentration?
合，还原反应因为缺少电子减慢，腐蚀速率降低 电化学模型—利用能带理论解释。
缺点：应力大，压阻系数突变，IC不兼容
解决办法: PN结自停止
电钝化
装置：
工作电极（WE）： 接硅
辅助电极（CE）： 腐蚀液中（Pt）
参考电极（RE）： 测硅的电势，
（SCE饱和甘汞电极）
I—V曲线反应了不 同材料、导电类型 的普遍特征（Vocp： 开路电势；Vpp： 钝化势）