書籍：《炬豐科技-半導體工藝》
文章：濕法刻蝕硅片表面性能的變化
編號：JFKJ-21-1341
作者：華林科納

本研究研究了濕法蝕刻下硅晶片back-side面的表面特性，測量分析表面形狀、表面電阻、測量范圍下的表面粗糙度，分物理特性和電特性，對比分析相關關系，并最終確定，目的提高產品的電特性，采用P-type晶片蝕刻，蝕刻溶液以氫氟酸、硝酸為基礎，以醋酸為添加劑。

硅晶片的濕法蝕刻
本研究使用的晶片采用公司生產的硅晶片，是利用法生長成單晶的等級的硅烷晶片，向晶方向生長制備而成，是添加了13族元素硼(B)的p-type，比電阻為1~10ohm·cm，厚度為600μm，制作完成后前表面進行了聚能處理，后表面采用進行了磨邊處理，蝕刻溶液的制備如下: 分別為氫氟酸、硝酸和醋酸，各自濃度分別為55、60和99.85 wt%。 將硝酸和乙酸固定為8wt.%，氫氟酸變為28、30、32、34和36wt.%，其余量為超純。 每個樣品名與氫氟酸濃度相匹配，分別為HF28、HF30、HF32、HF34、HF36，制備了蝕刻溶液，然后將硅晶片滴定到蝕刻溶液中進行了蝕刻， 此時，蝕刻時間保持在10分鐘，蝕刻溫度保持在40℃，蝕刻前后用18MΩ的超純水對晶片進行了清洗，干燥采用了氣動干法。
主要分為物理特性和電氣特性進行了測量和分析，物理特性再測量了表面形貌和表面粗糙度，電特性則用硅晶片的表面電阻和比電阻測量進行，首先在表面形貌測量上分宏觀和微觀兩個區域進行，區域用AFM進行了測量，表面粗糙度測量用AFM和α-step，宏觀區域用α-step，微觀區域用AFM進行了測量，電特性利用表面電阻測試儀對面電阻和比電阻進行了測量分析。
為了測量大區域（1000μm）的表面粗糙度，利用了公司的薄膜厚度測量設備，測量時掃描方向為從左到右掃描，掃描距離為1000μm，掃描速度為20μm/sec，cutoff設置為80μm。蝕刻的硅晶片比電阻的測量利用了創敏科技公司的表面電阻測量儀，利用4點探頭進行測量，常規方法有單排和雙排測量法，本研究中的測量方法采用了單排，該結構采用兩端的雙排測量法，在探頭上進行電壓認可，在中間兩個探頭上進行測量的方法，不是自動測量方法，而是將電流認可恒定為100mA來測量電壓降，其原因是如果每個晶片都有不同的電流認可，就會產生很大的誤差。
通過測量表面電阻器，用被測面電阻利用樣品的數據求出了比電阻，比電阻共測了8次，除最大和最小值外求出了平均值。為了分析與晶片電特性的相互關系，將尺寸小的用HF8，尺寸大的用HF30進行了wave尺寸比較和電特性對比分析，利用此時的SEM對wave尺寸進行了比較，并利用TEM進行了對比，確定了蝕刻面上沒有SiO2層，電特性評價在聚晶面上用依次沉積了厚度為100、1000的Ti和Al，隨后為了保護沉積的metal，用UV tape對蝕刻溶液和metal進行了保護，防止接觸，之后通過濕法蝕刻制作了HF8和HF30.在蝕刻的晶片上利用E-beam對Au2000進行圖案沉積，樣品制作完成后，利用probestation對蝕刻面進行電壓認可，將電特性I-V curve 測過了。

圖4.1是觀察晶片在蝕刻前后剖面的SEM照片，從剖面圖像測量晶片的厚度，晶片的厚度變化隨氫氟酸濃度的增加從615.63下降到567.50、508.77、397.50、356.27和342.50μm，并在表4.1中總結了各樣品蝕刻后的溫度變化和蝕刻速度。如表4.1所示，HF28~HF36的蝕刻后溫度增加到42、46、57、60和60℃，蝕刻速率增加到4.81、10.69、21.81、25.94和27.31μm/min。

因此，隨著氫氟酸濃度的增加，溫度增加的原因是二次反應硅氧烷降解速率增加，所有被蝕刻的樣品中硝酸量相同，因此硅氧烷的生成速率可說是相同的，而且氫氟酸量也增加了， 隨著增加，分解速度就會增加，特別是在HF32中，蝕刻速度急劇增加的原因可以用生成速度和分解速度達到平衡來解釋，在HF36中，蝕刻速度再次降低的原因可以用硅氧烷的生成速度恒定來解釋。
圖4.3是觀察晶片在蝕刻前后表面的SEM照片。經證實，蝕刻后的晶片表面有明顯的變化，并能觀察到顆粒大小的變化，HF30和H32顆粒最大，HF34和HF36顆粒又減少了， 圖4.3中顆粒變化是可以觀察到的，而wave觀察是不可能的，想從截面SEM觀察來觀察wave的形狀及尺寸變化，但也不可能，因此wave的信息傾斜80°，按500倍觀察分析。

本研究對濕法蝕刻硅晶片所獲得的物理特性與電特性的關系進行了研究，濕法蝕刻后的晶片物理特性利用了FE-SEM、AFM和α-step，電特性利用了表面電阻測試儀，通過研究特性之間的相互關系，試圖僅從物理特性來預測電特性，首先，濕法蝕刻時，隨著氫氟酸濃度的增加，蝕刻速度和厚度變化都有所增加，在HF32及HF34中出現了最大的厚度減少和蝕刻速度增加。其次，表面形貌觀察結果證實，HF30中wave的尺寸最大，此后隨著氫氟酸濃度的增加，wave的尺寸減小。第三，在窄區域（10μm2）測量表面粗糙度（Ra）的情況下，實際測量的比電阻與理論預測值最一致，最大誤差在HF36為4.23%；在較寬區域（40μm2），測量的比電阻與，理論預測值的差異也最大為14.09%，并且在最大的1000μm區域確定誤差增加。因此，隨著在狹窄區域準確地測量表面粗糙度，可以準確地預測非電阻。第四，在獲得表面電阻得到的比電阻數據的情況下，如果知道蝕刻的晶片在狹窄區域的表面粗糙度，則比電阻是可預測的，用寬區域的表面粗糙度值很難預測比電阻。 第五，用HF8和HF30的ohmiccontact對I-V curve進行了相對比較分析，用表面電阻測量儀測得的比電阻判斷樣品間的相對比較是可行的。

總結

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