李建明 路文明

摘要：基于硅基半导体芯片的微电子制造技术备受关注。近年来，受瓦森纳协议的限制，以美国为首的西方国家对中国半导体产业进行了限制，使得该产业的发展举步维艰。化学技术在微电子制造中起着极其重要的作用，进一步加强对芯片制备技术中化学反应的认识，对工艺升级和优化具有重要意义。

关键词：集成电路制造;化学反应;光刻;刻蚀;氧化;

基于芯片制造过程中使用的化学反应过程，阐述了光刻、刻蚀、氧化和薄膜沉积过程中涉及的化学反应和原理，对理解半导体芯片制造中的化学过程具有重要意义。

一、刻蚀工艺

1.湿法刻蚀。湿法刻蚀可以刻蚀硅、氧化硅、氮化硅和铝等材料。硅的湿法刻蚀一般使用硝酸（HNO3）和氢氟酸（HF）的混合物。该反应中硅与HNO3发生氧化反应生产二氧化硅，然后二氧化硅被HF溶解，从而达到刻蚀目的。乙酸（CH3COOH）作为缓冲剂添加到HNO3和HF混合溶液，能够抑制HNO3的解离，从而调控氧化硅的刻蚀速率。以下式为硅湿法刻蚀的化学反应式。

Si+HNO3+6HF→H2SiF6+HNO2+H2+H2O

二氧化硅的湿法刻蚀通常用HF溶液，而其化学反应在室温下就能发生。高浓度的氢氟酸（49%）与热氧化硅反应速率太快，刻蚀速率高达300?/s，不利于刻蚀工艺的精确控制。为了降低反应速率，通常会将氢氟酸稀释，或添加NH4F作为缓冲剂。使用体积比为6：1的NH4F：HF（40%：49%）溶液，可使刻蚀热氧化硅的速率可降低至20?/s。刻蚀氮化硅通常用85%热磷酸溶液。热磷酸作为氮化硅的刻蚀液具有良好的均匀性和选择性。在Si3N4刻蝕反应中，参与反应的主要是水，而磷酸作为催化剂。……