1、第2章 化學腐蝕法檢測晶體缺陷 v缺陷檢測的意義：缺陷檢測的意義：v硅單晶中的各種缺陷對器件的性能有很大的影響，硅單晶中的各種缺陷對器件的性能有很大的影響，它會造成它會造成擴散結面不平整，使晶體管中出現管道，擴散結面不平整，使晶體管中出現管道，引起引起p-n結的反向漏電流增大等。結的反向漏電流增大等。v而各種缺陷的產生種類和數量的多少與晶體制備工而各種缺陷的產生種類和數量的多少與晶體制備工藝和器件工藝有關。藝和器件工藝有關。vv檢測方法檢測方法v晶體缺陷的實驗觀察方法有許多種，如透射電子顯晶體缺陷的實驗觀察方法有許多種，如透射電子顯微鏡、微鏡、X光貌相技術、紅外顯微鏡及金相腐蝕顯示光貌相技術、

2、紅外顯微鏡及金相腐蝕顯示（化學腐蝕法化學腐蝕法）等方法。）等方法。v電化學腐蝕法的特點：電化學腐蝕法的特點：v（1）設備簡單，操作易掌握，又較直觀，設備簡單，操作易掌握，又較直觀，是觀察是觀察研究晶體缺陷的最常用的方法之一。研究晶體缺陷的最常用的方法之一。v（2）可以揭示）可以揭示缺陷的類型、數量和分布情況缺陷的類型、數量和分布情況，找，找出缺陷形成、增殖和晶體制備工藝及器件工藝的關出缺陷形成、增殖和晶體制備工藝及器件工藝的關系，為改進工藝，減少缺陷、提高器件合格率和改系，為改進工藝，減少缺陷、提高器件合格率和改善器件性能提供線索。善器件性能提供線索。2.1半導體晶體的電化學腐蝕機理及常用腐蝕

3、劑半導體晶體的電化學腐蝕機理及常用腐蝕劑v一、電化學腐蝕機理一、電化學腐蝕機理v1、電化學腐蝕：指金屬或半導體材料在電解質溶液中受到、電化學腐蝕：指金屬或半導體材料在電解質溶液中受到的腐蝕，也是指由于形成了原電池而發生電化學作用引起的腐蝕，也是指由于形成了原電池而發生電化學作用引起的腐蝕。如圖的腐蝕。如圖2-1-1：圖2-1-1 金屬的電化學腐蝕的裝置v2、硅單晶形成的電化學腐蝕的特點：、硅單晶形成的電化學腐蝕的特點：v（1）半導體被腐蝕的各部分或區域之間存在電位差，有正）半導體被腐蝕的各部分或區域之間存在電位差，有正負極。負極。v（2）不同電極電位相互接觸。）不同電極電位相互接觸。v（3）不

4、同部分處于連通的電解質溶液中，構成許多微電池。）不同部分處于連通的電解質溶液中，構成許多微電池。v3、半導體晶體的電化學腐蝕機理、半導體晶體的電化學腐蝕機理:v利用半導體晶體在各種酸或堿性電解質溶液中，表利用半導體晶體在各種酸或堿性電解質溶液中，表面構成了微電池，由于微電池的電化學作用使晶體面構成了微電池，由于微電池的電化學作用使晶體表面受到腐蝕，其實質是一種氧化還原反應表面受到腐蝕，其實質是一種氧化還原反應。v（1）在）在HNO3和和HF溶液電解質溶液中的腐蝕溶液電解質溶液中的腐蝕負極：負極：正極：正極：OHSiFHHFSiOeHSiOpOHSi222222662422pOHNOHHNO32

5、323v總反應：總反應：v無氧化劑時，發生析氫反應，反應速度較慢無氧化劑時，發生析氫反應，反應速度較慢v正極：正極：注：用注：用CrO3或鉻酸加在或鉻酸加在HF中也可以提高腐蝕速度中也可以提高腐蝕速度OHNOSiFHHFHNOSi26238431843222HeHv（2）在）在NaOH和和KOH溶液電解質溶液中的腐蝕溶液電解質溶液中的腐蝕v負極：負極：v正極：正極：v總反應：總反應：v添加中性或堿性氧化劑可以提高其腐蝕速度，如添加中性或堿性氧化劑可以提高其腐蝕速度，如eOHSiOOHSi436223222HeH22232346HOHSiOHOHSi22OHNaClO二、影響半導體單晶電化學腐蝕

6、速度的各種因素二、影響半導體單晶電化學腐蝕速度的各種因素v1、腐蝕液成分：、腐蝕液成分：v根本原因根本原因:能否促進電極反應的順利進行能否促進電極反應的順利進行v（1）強酸）強酸強堿強堿v（2）強氧化劑可以加快腐蝕速度）強氧化劑可以加快腐蝕速度v（3）成分相同的腐蝕液配比不同，腐蝕速度也有別）成分相同的腐蝕液配比不同，腐蝕速度也有別v在純在純HNO3和純和純HF中的腐蝕速度小。當中的腐蝕速度小。當HNO3：HF=1:4.5時，時，腐蝕速度有最大值。如圖所示：腐蝕速度有最大值。如圖所示：圖圖2-1-2硅在硅在70%（重量）（重量）HNO3+49%(重量）重量）HF混合液中的腐蝕速度與成分的關系混

7、合液中的腐蝕速度與成分的關系v2、電極電位、電極電位:電位低的電極容易被腐蝕，電位高的電位低的電極容易被腐蝕，電位高的電極不容易被腐蝕。電位差越大，腐蝕越快。而電極不容易被腐蝕。電位差越大，腐蝕越快。而對于半導體晶體，決定電極電位高低的因素：對于半導體晶體，決定電極電位高低的因素：v1）腐蝕液成分和導電類型（如圖）腐蝕液成分和導電類型（如圖2-2-3）v2）載流子濃度（如圖）載流子濃度（如圖2-2-4）圖圖2-2-3n型半導體和型半導體和p型半導體在中腐蝕液中的電極電位型半導體在中腐蝕液中的電極電位返回返回圖圖2-2-4硅在硅在90%濃濃HNO3+10%濃濃HF中的電極電位中的電極電位返回返回

8、3、緩沖劑的作用：、緩沖劑的作用：弱酸或弱堿，弱酸或弱堿，H+或或OH-不能完全電離，不能完全電離，降低了其濃度，因此正、負極反應速度變慢。降低了其濃度，因此正、負極反應速度變慢。4、溫度和攪拌的速度、溫度和攪拌的速度1）溫度高腐蝕速度快。）溫度高腐蝕速度快。2）攪拌可以提高腐蝕速度、改變腐蝕的擇優性。）攪拌可以提高腐蝕速度、改變腐蝕的擇優性。v擇優性：指晶體的某些晶面優先受到腐蝕，而某些晶面不擇優性：指晶體的某些晶面優先受到腐蝕，而某些晶面不容易受到腐蝕而成為裸露面。容易受到腐蝕而成為裸露面。5、光照的影響：光照的作用產生電子、光照的影響：光照的作用產生電子-空穴對，加大了為電空穴對，加大了

9、為電池的作用。池的作用。三、腐蝕在半導體中的應用三、腐蝕在半導體中的應用v1、半導體材料、器具等的清洗、半導體材料、器具等的清洗v常用的清洗劑：各種無機酸、氧化劑和絡合劑等。常用的清洗劑：各種無機酸、氧化劑和絡合劑等。v（1）鹽酸、硝酸：利用其強酸性去除金屬雜質；）鹽酸、硝酸：利用其強酸性去除金屬雜質；v（2）濃硫酸：利用碳化作用去除有機雜質；重鉻酸鉀和濃硫酸）濃硫酸：利用碳化作用去除有機雜質；重鉻酸鉀和濃硫酸v可以去除玻璃、金屬等各種器皿表面的雜質；可以去除玻璃、金屬等各種器皿表面的雜質；v（3）絡合物：與金屬雜質反應生成可溶性化合物；）絡合物：與金屬雜質反應生成可溶性化合物；v（4）雙氧水

10、和氨水：可以去除有機顆粒和部分的金屬離子）雙氧水和氨水：可以去除有機顆粒和部分的金屬離子如：美國如：美國RCA超聲波清洗劑（硅片清洗）超聲波清洗劑（硅片清洗）v（1）SC-1：主要由：主要由NH4OH、H2O2、H2O組成，簡稱組成，簡稱APM，濃度比例濃度比例1:1:51:2:7，清洗溫度一般為，清洗溫度一般為70-80，PH值較值較高。高。v作用：去除硅片表面微粒、有機物顆粒和部分金屬雜質（作用：去除硅片表面微粒、有機物顆粒和部分金屬雜質（Fe、Zn、Cu、Cr、Ag等）等）v（2）SC-2：主要由：主要由HCl、H2O2、H2O組成，簡稱組成，簡稱HPM，濃度比例濃度比例1:1:51:2

11、:8，清洗溫度一般為，清洗溫度一般為70-80，PH較低。較低。v作用：去除堿金屬離子、作用：去除堿金屬離子、Cu、Au等殘余金屬、等殘余金屬、Al(OH)3、Fe(OH)3、Zn(OH)2等氧化物。等氧化物。v2、晶體缺陷的顯示、晶體缺陷的顯示v（1）通過擇優腐蝕，得到各種形狀的缺陷腐蝕坑。）通過擇優腐蝕，得到各種形狀的缺陷腐蝕坑。如圖所示位錯缺陷的顯示：如圖所示位錯缺陷的顯示： 圖圖2-2-5（111）晶面的位錯腐蝕坑）晶面的位錯腐蝕坑v（2）單晶前沿的顯示：摻雜半導體的雜質分凝作）單晶前沿的顯示：摻雜半導體的雜質分凝作用引起的電阻率條紋。如圖所示：用引起的電阻率條紋。如圖所示：圖圖2-2

12、-6單晶硅的生長前沿單晶硅的生長前沿v（3）拋光腐蝕（非擇優腐蝕）拋光腐蝕（非擇優腐蝕）v缺陷腐蝕前的前工序，有利于缺陷的更好的顯示。缺陷腐蝕前的前工序，有利于缺陷的更好的顯示。v作用：除去切割等工序產生的機械損傷，將表面拋作用：除去切割等工序產生的機械損傷，將表面拋光成鏡面光成鏡面v一般情況下拋光腐蝕速度大于缺陷腐蝕的速度一般情況下拋光腐蝕速度大于缺陷腐蝕的速度v拋光腐蝕和缺陷腐蝕的判斷：通過速度的大小關系拋光腐蝕和缺陷腐蝕的判斷：通過速度的大小關系判斷，如圖所示：判斷，如圖所示：當 VcVsVd 時，為拋光腐蝕 當 VcVdVs時，為缺陷腐蝕圖圖2-2-7腐蝕坑形成的三個速度腐蝕坑形成的三

13、個速度v4、化學減薄、化學減薄v（1）往樣品中央噴射拋光液以形成空洞，用）往樣品中央噴射拋光液以形成空洞，用于透射電子顯微鏡來觀察空洞周圍的薄化區。于透射電子顯微鏡來觀察空洞周圍的薄化區。（2）也可以去除機械損傷）也可以去除機械損傷,減少和消除熱氧減少和消除熱氧化缺陷。化缺陷。四、半導體硅的常用腐蝕劑四、半導體硅的常用腐蝕劑v1、腐蝕劑中各液體成分的濃度大致：、腐蝕劑中各液體成分的濃度大致：vHFHNO3H2O2HClHAcv49%70%30%36%99%以上以上2、硅單晶的幾種典型的腐蝕液、硅單晶的幾種典型的腐蝕液v（1）通常用的拋光（非擇優）腐蝕劑的配方為：）通常用的拋光（非擇優）腐蝕劑的配方為：vHF:HNO3=1:2.5v它們的化學反應過程為：它們的化學反應過程為：vSi+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO2+4H2Ov（2）Sirtl(希爾）希爾）HF溶液溶液+33%CrO3水溶液，根據配比不水溶液，根據配比不同可以配制不同速度的腐蝕液。同可以配制不同速度的腐蝕液。v先用先用CrO3與去離子水配成標準液：與去離子水配成標準液：v標準液標準液50gCrO3+100gH2Ov然后配成下列幾種腐蝕液：然后配成下列幾種腐蝕液：vA.標準液：標準液：HF=