摘要
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絕緣體上硅（SOI）晶片是目前非常重要的材料，它是通過使用兩個硅晶片的晶片鍵合技術制備的。該生產過程需要在硅晶片表面形成的二氧化硅薄膜非常干凈和平坦。為了有效提高氧化后二氧化硅膜厚的均勻性，單片濕法刻蝕法是一種有用的技術。其進一步推進應得到理論計算的支持。

因此，在我們之前的研究中開發了使用單晶片濕法蝕刻機進行二氧化硅膜蝕刻的數值計算模型。首先，通過水流可視化獲得旋轉晶片上的整個水運動，并進行評估以表明可以通過數值計算再現水的速度和層厚度。接下來，假設簡單的速率方程，可以得到氟化氫水溶液對二氧化硅的蝕刻速率。該模型可以同時闡明擺動噴嘴的作用。然而，計算和測量之間的蝕刻速率仍然存在小的差異。為了獲得準確實用的計算模型，表面化學反應過程及其速率，如朗繆爾模型，應像化學氣相沉積一樣適當地描述。

實驗性

顯示了本研究中使用的單晶片濕法蝕刻機。該蝕刻機有一個直徑為 200 毫米的晶片，在圓柱形容器中以 100-1400 rpm 的速度旋轉。氟化氫水溶液（3%）從直徑 4 毫米的噴嘴垂直于晶片表面以 1 L/min 的流速向下注入 1 分鐘。注入后，氟化氫水溶液沿旋轉的晶片表面從注入位置輸送到晶片邊緣，最后從晶片邊緣甩出到外部。

整個過程在室溫下進行，遵循工業條件。由于本研究中使用的氟化氫濃度非常低，晶片表面產生的反應熱非常低。此外，快速液體流動將表面溫度保持在入口溫度。因此，我們忽略了由于反應熱引起的溫度變化。

數值計算

氟化氫水溶液的流動及其表面化學反應被數值計算，作為我們先前研究的延伸。如圖所示。使用周期性邊界條件的旋轉晶片的一部分被考慮在內。晶片表面以與旋轉速率相對應的速度沿逆時針方向移動。溶解在水中的氟化氫隨著液體的運動和在水溶液中的菲克定律擴散而傳輸。顯示了噴嘴設置在旋轉晶片中心時的幾何形狀。氟化氫質量分數為 0.03 作為入口處的邊界條件。

在這項研究中，沒有考慮來自蝕刻機頂部的氣流。這個簡單的假設是可行的，因為水層厚度主要由重力和晶片旋轉速度決定；空氣向下流動的影響可能是次要因素。實際上，在我們之前的研究中，使用此假設獲得的水層厚度與測量結果一致。

結論

氟化氫水溶液在旋轉的 200 毫米直徑硅晶片上對二氧化硅膜的蝕刻速率通過計算流體動力學計算朗繆爾型表面化學反應。反應過程包括三個步驟，例如（i）二氧化硅表面的氟化氫吸附，（ii）二氧化硅的化學反應和（iii）從表面解吸副產物，并且可以充分再現蝕刻速率及其分布。本研究中獲得的速率常數可以表明限速步驟是表面反應和副產物解吸。速率模型和速率常數預期適用于描述使用單晶片濕法蝕刻機的二氧化硅蝕刻。

審核編輯：符乾江