硅片腐蚀抛光工艺化学原理.pdf

在材料硅的表面清洁处理，硅片机械加工后表面损伤层的去除、直接键合硅

片的减薄、硅中的化学腐蚀等方面要用到硅的化学腐蚀过程。下面讨论硅片腐蚀工艺

的化学原理和抛光工艺的化学原理。

一、硅片腐蚀工艺的化学原理

硅表面的化学腐蚀一般采用湿法腐蚀，硅表面腐蚀形成随机分布的微小原电池，

腐蚀电流较大，一般超过100A/cm2，但是出于对腐蚀液高纯度和减少可能金属离子污染的

要求，目前主要使用氢氟酸（HF）,硝酸(HNO3)混合的酸性腐蚀液，以及氢氧化钾(KOH)或

氢氧化钠（NaOH）等碱性腐蚀液。现在主要用的是HNO3-HF腐蚀液和NaOH腐蚀液。下面

分别介绍这两种腐蚀液的腐蚀化学原理和基本规律。

1.HNO3-HF腐蚀液及腐蚀原理

通常情况下，硅的腐蚀液包括氧化剂（如HNO3）和络合剂（如HF）两部分。其配

置为：浓度为70%的HNO3和浓度为50%的HF以体积比10～2:1，有关的化学反应如下：

3Si+4HNO=3SiO↓+2HO+4NO↑

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硅被氧化后形成一层致密的二氧化硅薄膜，不溶于水和硝酸，但能溶于氢氟酸，

这样腐蚀过程连续不断地进行。有关的化学反应如下：

SiO+6HF=H[SiF6]+2HO

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2.NaOH腐蚀液

在氢氧化钠化学腐蚀时，采用10％～30％的氢氧化钠水溶液，温度为80～90℃,

将硅片浸入腐蚀液中，腐蚀的化学方程式为

Si＋HO+2NaOH=NaSiO+2H↑

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对于电池所用的硅片化学腐蚀，从成本控制，环境保护和操作方便等因素出

发，一般用氢氧化钠腐蚀液腐蚀深度要超过硅片机械损伤层的厚度，约为20～30um。

二、抛光工艺的化学原理

抛光分为两种：机械抛光和化学抛光，机械抛光速度慢，成本高，而且容易产生

有晶体的表面。现在一般采用化学-机械抛光工艺，例如铜离子抛光、铬离子抛光和二

氧化硅-氢氧化钠抛光等。

1.铜离子抛光

铜离子抛光液由氯化铜、氟化铵和水,一般以质量比60:26:1000组成,调节

PH=5.8左右,或者以质量比80:102.8:1000，其反应原理如下：

Si+2CuCl+6NHF=（NH）2[SiF]+4NHCl+2Cu

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铜离子抛光一般在酸性（pH为5～6）条件下进行，当pH﹥7时，反应终止，这

是因为pH=7时铜离子与氨分子生成了稳定的络合物-铜氨络离子，这时铜离子大大减少，

抛光作用停止了。抛光反应速度很快，为防止发生腐蚀，取片时不能在表面残留抛光液，

应立即进行水抛，也可以在取片前进行稀硝酸漂洗，可以再洗一次，防止铜离子污染。

2.铬离子抛光铬离子抛光液由三氧化二铬、重铬酸铵和水一般以质量比1:3:100

组成，其反应原理如下：

3Si+2CrO-+28H+=3Si++4Cr++14HO

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三氧化二铬不溶于水，对硅表面进行研磨，重铬酸铵能不断地对硅表面进行氧化

腐蚀，与三氧化二铬的机械研磨作用相结合，进行抛光。

3.二氧化硅-氢氧化钠抛光法二氧化硅-氢氧化钠抛光配置方法有三种：

（1）将三氯氢硅或四氯化硅液体用氮气携带通入到氢氧化钠溶液中，产生的沉淀

在母液中静置，然后把上面的悬浮液轻轻倒出，并调节pH值为9.5～11。其反应如下：