硅在KOH中各向异性腐蚀的物理模型

针对硅在KOH中的各向异性腐蚀提出了一个新的物理模型.此模型从微观角度出发,根据实际的腐蚀化学反应过程确定了若干微观状态,提出了反映腐蚀特性的若干微观参数.将腐蚀温度、浓度等对腐蚀速率的影响也反映了进去.计算结果与实验结果进行了对比,表明此模型在解释硅在KOH中各向异性腐蚀特性等方面具有一定的合理性.     

硅在KOH中各向异性腐蚀的物理模型

针对硅在KOH中的各向异性腐蚀提出了一个新的物理模型.此模型从微观角度出发,根据实际的腐蚀化学反应过程确定了若干微观状态,提出了反映腐蚀特性的若干微观参数.将腐蚀温度、浓度等对腐蚀速率的影响也反映了进去.计算结果与实验结果进行了对比,表明此模型在解释硅在KOH中各向异性腐蚀特性等方面具有一定的合理性.     

KOH各向异性腐蚀中预处理对硅表面粗糙度的影响

通过实验研究表明:不同预处理方法对KOH腐蚀后硅片表面粗糙度的影响不同,分别用35℃的BOE(7:1氟化铵腐蚀液)、常温BOE、10:1 HF、50:1 HF含HF成分的腐蚀液对硅片进行预处理,再和未做预处理的硅片在同等条件下进行KOH腐蚀,实验结果发现预处理后硅片表面粗糙度比未做处理的硅片表面粗糙度增加约1 nm左右,即经过含HF成分的腐蚀液预处理后的硅片再进行KOH腐蚀,其表面粗糙度将变差.     

碱性腐蚀工艺条件对硅片表面腐蚀形貌的影响

碱性腐蚀工艺条件对硅片表面腐蚀形貌如粗糙度、显微镜下的表面状况的影响做了研究,通过实验结果给出了特定要求条件下硅片腐蚀的最佳方案.运用硅的化学腐蚀机理分析了表面腐蚀状况的原因.     

TMAH+Triton中Si湿法腐蚀机理研究现状

在微机电系统(MEMS)领域硅各向异性湿法腐蚀是制作许多元器件的一项重要技术,加入非离子型表面活性剂的腐蚀液可以在硅基片上制作出各种形状,但是对于真正的腐蚀机理还有待进一步研究。介绍了硅湿法腐蚀机理的研究现状,通过不同腐蚀条件下得出的不同腐蚀结果分析其腐蚀机理。介绍了当非离子型表面活性剂加入碱性溶液时固体表面的活性剂吸附层结构,重点介绍了表面活性剂Triton X-100加入各向异性碱性腐蚀剂四甲基氢氧化铵(TMAH)后对活性剂吸附状态和硅腐蚀速率产生影响的根本原因。不同晶向硅表面的H基和OH基数量会影响其表面活性剂的吸附能力,硅在纯TMAH腐蚀液和加入活性剂Triton后的TMAH腐蚀液中的腐蚀速率存在一定差异,高质量分数的TMAH下加入不同体积分数的Triton时,不同晶面在活性剂吸附和腐蚀速率上也存在不同,给出了出现这些现象的机理分析。研究硅腐蚀机理可以为器件设计提供有效的理论支持,有助于制作更多新的MEMS结构。     

碘过饱和KOH溶液对硅(110)晶面腐蚀的改善

将非金属元素碘作为硅的KOH腐蚀液的添加物,在对(100)和(110)单晶硅片的各向异性腐蚀中,获得了更为丰富的异向腐蚀特性和更为光滑的腐蚀表面。当温度在95℃,KOH腐蚀液中碘的摩尔比为0.5时,得到了粗糙度均小于10nm的Si-(100)和(110)光洁表面,两晶面的腐蚀速率均为1.4μm/min。这两晶面在相同的条件下同时达到最佳光洁度,说明腐蚀速率是获得高光洁度表面的关键。实验还证明碘在热碱溶液中的稳定性和持久性要高于现在已被大量研究的双氧水和过硫等,尤其是对硅(110)表面光洁度的改善具有积极的促进作用。     

锗单晶片的碱性腐蚀特性分析

讨论了锗单晶研磨片在强碱性腐蚀液和弱碱性腐蚀液中的腐蚀特性.研究了锗单晶片在两种不同腐蚀液中的腐蚀速率随腐蚀液温度、浓度的变化规律.通过探索腐蚀速率、表面光洁度及腐蚀去除量和表面粗糙度的关系,可知腐蚀片表面光洁度和腐蚀速率有关而与去除量无关.腐蚀片的表面粗糙度和去除量有关,去除量越大,粗糙度越大.表面粗糙度也与腐蚀液的碱性强弱有关,当去除量相同时,在强碱性腐蚀液中的锗腐蚀片的表面粗糙度更小.在实际应用中,应针对不同目的,选择适宜的化学腐蚀工艺.     

手机PCB镀金接插件腐蚀失效实例分析

通过两个带有镀金接插件的手机PCB腐蚀失效的实例．从元件表面出现的腐蚀失效的现象出发．结合这些失效部位的腐蚀形貌、腐蚀产物等特点,分析了手机PCB上接插件镀金表面层在自然存放条件和加速腐蚀条件下出现腐蚀失效、达不到有效保护作用的主要原因,包括表面镀金层本身存在孔隙、划痕等表面缺陷．电镀过程中引入污染物,装配过程中形成缝隙等;另一个重要原因是镀金层厚度薄,不能提供足够的防护性能。并针对这些因素提出了相应的改善措施和建议。     

Smart-cut方法制备GeOI材料的Ge表面腐蚀研究

通过H离子注入Ge晶圆退火起泡动力学研究,对实现晶圆Ge在氧化硅上层转移后的Ge表面(GeOI)采用湿法化学腐蚀研究,使其能进一步改善表面质量(即粗糙度),同时去除由于H离子注入Ge所造成的表面非晶层。通过氨水、H2O2、去离子水混合溶液在室温下对被转移Ge层腐蚀,采用原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)检测。实验证实,湿法化学腐蚀方法能显著降低表面粗糙度,并去除制备GeOI过程中所造成的非晶层,从而得到晶格质量完好的表面。     

Ar+刻蚀对InGaAs, n-InP和p-InP表面损伤及消除

研究了Ar+刻蚀对InGaAs, n-InP和p-InP表面的损伤，并用湿法腐蚀后处理消除损伤. Ar+刻蚀后InGaAs表面均方根粗糙度较小，而n-InP和p-InP表面明显变粗糙. 刻蚀后InGaAs PL强度增加，而n-InP和p-InP PL强度都减小. 用XPS分析了未刻蚀、Ar+刻蚀和湿法腐蚀后处理三种情况下样品表面原子含量.刻蚀后InGaAs表面In和Ga含量明显增加，n-InP和p-InP表面有严重P缺失. 湿法腐蚀后，样品表面原子含量和未刻蚀前基本一致.     

Effects of etching conditions on surface morphology of periodic inverted trapezoidal patterned Si(100) substrate

In this paper, the anisotropic etching process of Si(100) wafers in tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) solution with isopropyl alcohol (IPA) is investigated in detail. An inverted trapezoidal pattern is developed. A series of experiments are performed by changing TMAH concentration, IPA concentration, etching temperature and etching time. The structure of inverted trapezoidal patterns and roughness of the bottom surface are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The results show that with TMAH concentration increases, the roughness of bottom surface will decrease. The addition of IPA into TMAH solution improves the morphology of the bottom surface significantly. Low temperature is beneficial to get a smooth bottom surface. Furthermore, etching time can change the bottom surface roughness. A model is proposed to explain the etching processes. The hillock area ratio of the bottom surface has the same tendency as the etching area ratio. Finally, smooth silicon inverted trapezoidal patterns are obtained for epitaxial growth of GaN-based light emitting diode (LED) devices.     

Highly anisotropic, ultra-smooth patterning of GaN/SiC by low energy electron enhanced etching in DC plasma

Hetero-epitaxial films of GaN(OOOl), deposited on SiC(OOOl) by organometallic vapor phase epitaxy and masked by 200 nm of SiO₂, have been patterned by low energy electron enhanced etching (LE4) in hydrogen and chlorine dc plasmas at room temperature. Lines 2.0 μm wide showed highly anisotropic etching: straight side walls, no overcut, no trenching, and no “pedestal” at the base of the line. Root mean square (RMS) surface roughness of the films as grown was 8.5–10?; after LE4, RMS surface roughness of the etched surfaces was 2.5?.     

降低硅片表面微粗糙度的预氧化清洗工艺

利用原子力显微镜研究了预氧化清洗工艺对清洗后的硅片表面微粗糙的影响,并通过建立表面氧化过程的分子模型和氧化层模型来进行相应的机理分析.结果表明,硅片表面在含有氧化剂H2O2的溶液中生成一层氧化层后,能基本消除OH-对硅片表面的各向异性腐蚀,清洗后的表面微粗糙度比清洗前小,并且随SC-1清洗过程中NH4OH浓度的增大而减小.     

单晶硅各向异性湿法刻蚀的研究进展

单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作硅基微电子机械系统(MEMS)器件的重要步骤之一,由于具有刻蚀均匀性好、批量大、成本低的优点而深受关注。首先回顾了单晶硅各向异性湿法刻蚀的刻蚀机理,比较了三种常用各向异性刻蚀液的刻蚀性质,讨论了刻蚀形状的控制技术。然后着重介绍了表面活性剂修饰的单晶硅各向异性湿法刻蚀速率和刻蚀表面光滑度等特性,以及面向MEMS应用的基于该刻蚀技术的各种微纳新结构;分析了表面活性剂分子在刻蚀过程中的作用,强调了表面活性剂分子在单晶硅表面的吸附性对改变刻蚀表面的物理性质的重要性。最后在此基础上,归纳了单晶硅各向异性湿法刻蚀的发展情况,探讨了其未来的发展方向。     

激光改性硅酸盐玻璃表面局域制备金属铜层

为了实现普通硅酸盐玻璃表面的金属化,利用波长为355nm的脉冲紫外激光刻蚀粗化活化,并结合化学镀,在其表面局域制备出了导电金属铜层。研究了激光加工参量对玻璃表面微观形貌、粗糙度、刻蚀深度的影响规律,并在玻璃表面成功引入了钯元素。结果表明,当第1次紫外激光扫描速率为200mm/s、脉冲频率为100kHz、能量密度为27J/cm2~37J/cm2和填充间距在10μm左右时,玻璃表面可以获得的刻蚀深度在25μm~35μm之间,刻蚀区域的粗糙度R_a在6μm~7μm之间,此时玻璃不会开裂;而第2次激光的能量密度在9J/cm2~11J/cm2之间时（其余参量不变）,钯元素的引入实现了化学镀铜,此时铜层和玻璃之间的平均结合强度可以达到10MPa以上,铜层的体积电阻率可以达到10-6Ω·cm数量级。这是一种具有局域选择性、无需掩模、低成本、高结合强度和良好导电性的玻璃表面金属化工艺。     

准分子激光电化学刻蚀硅的刻蚀质量研究

为了解决现有硅刻蚀工艺中存在的刻蚀质量等问题,采用激光加工技术和电化学加工技术相结合的工艺对硅进行了刻蚀,研究了该复合工艺的工艺特性。实验中采用248nm-KrF准分子激光作光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极n-Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,研究了激光电化学刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌,并对横向刻蚀和背面冲击等质量问题进行了分析。结果表明,该工艺刻蚀的孔表面质量好、垂直度高;解决了碱液中Si各向异性刻蚀的自停止问题,具有加工大深宽比微结构的能力;也具有不需光刻显影就能进行图形加工的优越性。     

使用超声搅拌实现精密KOH各向异性体硅腐蚀

对使用超声搅拌和不加搅拌时(100)单晶硅的腐蚀特性进行了研究和对比.使用超声搅拌,可以得到光滑的、无小丘的腐蚀表面,整个硅片腐蚀深度的误差不超过1μm.实验结果表明,该方法可以有效地实现精密KOH各向异性体硅腐蚀.     

使用超声搅拌实现精密KOH各向异性体硅腐蚀

对使用超声搅拌和不加搅拌时(100)单晶硅的腐蚀特性进行了研究和对比.使用超声搅拌,可以得到光滑的、无小丘的腐蚀表面,整个硅片腐蚀深度的误差不超过1μm.实验结果表明,该方法可以有效地实现精密KOH各向异性体硅腐蚀.     

单晶硅各向异性腐蚀的微观动态模拟

根据单晶硅各向异性腐蚀的特点,以晶格内部原子键密度为主要因素,温度、腐蚀液浓度等环境因素为校正因子,建立了一个新颖的硅各向异性腐蚀的计算机模拟模型。在VC++开发环境下利用OpenGL技术,实现了硅各向异性腐蚀过程的三维微观动态模拟,为深刻理解硅的各向异性腐蚀过程提供了直观的界面。     

Hybrid dry-wet chemical etching process for via holes for galliumarsenide MMIC manufacturing

Through the wafer via-hole connections for monolithic microwave integrated circuits (MMIC) manufacturing have been developed by combining reactive ion etching (RIE) and wet chemical spray etching processes for 100-μm-thick gallium arsenide wafers. The dry process is based on the use of SiCl₄-BCl₃-Cl₂ and BCl₃-Cl₂ gas mixtures at room temperature is a reactive ion etcher. The etching parameters are optimized for anisotropic etching, initially, followed by slightly isotropic etching. To remove the residual `lip' and surface roughness, following reactive ion etching, a dynamic wet chemical spray etching based on H₃PO₄-H₂O₂-H₂O at 45°C is used. The combined dry-wet etching approach is used to fabricate <120-μm diameter via-holes in 100-μm-thick GaAs substrates with a wider process latitude. With this process, the authors have achieved >95 percent yield across 3-in wafers. Metallized via-hole contacts to power FET chips show a contact resistance <20 mΩ per via for 5-μ-thick selective gold plating