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2)在低HF高HNO3浓度区(图右下角区)等腐蚀线平行于HF浓度线。这个区域里的HNO3过剩,腐蚀速率取决于SiO2形成后被HF除去的能力,鉴于刚腐蚀的表面上总是覆盖着相当厚的SiO2层(30---50Å),所以这类腐蚀剂是“自钝化”的。该区内,腐蚀速率主要受络和物扩散而被除去的速率所限制,所以对晶体的结晶学取向不敏感,是真正的抛光腐蚀。 3)当HF:HNO3=1:1 时,腐蚀速率开始时对增加稀释剂并不敏感,最后,当腐蚀液稀释到某临界值时,腐蚀速率明显减弱。 图:硅的等腐蚀线(HF:HNO3:稀释剂) 成分配比对硅表面形貌及角棱的影响 为了确定腐蚀液配比对硅腐蚀形貌的影响,将硅片切成正方六面体放在HF+HNO3体系中腐蚀。图1.6和1.7分别给出了以H2O和CH3COOH稀释的HF+HNO3体系对硅腐蚀形貌影响的分区图。下面以H2O稀释为例进行讨论。用CH3COOH稀释有相似的结果,但较为复杂。 从图1.6看出,随着HNO3-HF轴腐蚀液成分的变化,腐蚀形貌缓慢转变。在高HF区,硅的表面粗糙并有凹坑,角和棱变得尖锐(两表面夹角小于90°),HNO3的浓度大约增至25%时,硅表面变得无光泽,角和棱呈方形。HNO3的浓度超过35%时,表面呈镜面,角和棱变成圆弧状,这种状态一直保持到较高的HNO3区。在非常高的HNO3区,腐蚀效果与高HF区类似。从图1.6还可以看出,增加稀释成分同样使得角和棱角变得更尖。 在高的HF区,粗糙的腐蚀表面与自催化机制有关。当HNO3浓度较低时,开始时,化学反应仅能在较低激活能的位置(如晶体缺陷处)进行;随着催化剂的扩散,化学反应从这些位置向邻近的区域扩展。如果HNO3浓度很低,表面就会呈现出分离的凹坑和孤坑,随着HNO3浓度的增加,凹坑和孤坑的密度增加,直到这些坑相互连接形成粗糙的“桔皮”形貌。当HNO3浓度增至足够大时,整个表面变得难以侵蚀,因为这时HF是限制腐蚀速率的因素,表面则呈光滑形。 由于在高HF区化学反应与催化剂关系密切,因此在高HF区催化剂的分散是控制腐蚀的主要因素,而角棱处的催化剂分散比表面部分快,角、棱变的更尖。随着HNO3浓度的增加,硅表面的氧化步骤不再是决定反应速率的元素,这是反应是扩散控制的,由于角,棱处比硅表面接触的腐蚀剂大得多,因此腐蚀也容易进行,角和棱变得圆滑。 |