• 正文
    • 一、TMAH 的基本特性
    • 二、TMAH 的多元作用
    • 三、TMAH 的危害與防護措施
    • 總結(jié)
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在濕法工藝中,為什么TMAH刻蝕Si能夠形成Σ形狀

06/03 15:30
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TMAH,即四甲基氨基氫氧化物(Tetramethylammonium hydroxide),是一種典型的有機胺鹽堿性物質(zhì),在半導(dǎo)體、光學(xué)、化學(xué)等眾多領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位,尤其是在半導(dǎo)體濕法工藝中。

在講TMAH刻蝕Si表面能夠形成Σ形狀之前,先介紹TMAH相關(guān)性質(zhì)。

一、TMAH 的基本特性

TMAH 屬于含氮有機化合物,其化學(xué)式為(CH3)4NOH。外觀呈現(xiàn)為白色晶體,具備強烈的堿性,在水和有機溶劑中均有良好的溶解性。值得注意的是,它具有較強的氧化性,這一特性使其在氧化清洗、化學(xué)拋光等工藝中得以應(yīng)用。同時,TMAH 能夠與金屬離子結(jié)合形成絡(luò)合物,從而在某些領(lǐng)域可作為絡(luò)合劑使用。

二、TMAH 的多元作用

作為清洗劑

TMAH 憑借其強堿性,成為高效的清洗劑。它能夠有效清除半導(dǎo)體晶圓表面的雜質(zhì)和殘留物,確保晶圓表面潔凈光滑。在氧化清洗過程中,其作用也十分顯著。

作為化學(xué)拋光劑

在半導(dǎo)體工業(yè)里,TMAH 可用于硅片的化學(xué)機械拋光(CMP),通過這一應(yīng)用能提升晶圓的平整度和表面質(zhì)量,對半導(dǎo)體產(chǎn)品的性能至關(guān)重要。

作為溶劑

由于 TMAH 具有出色的溶解性和穩(wěn)定性,它可作為有機溶劑。在顏料、樹脂、涂料等領(lǐng)域,它能充當稀釋劑和增稠劑,有助于改善涂料的粘度和流動性。

作為絡(luò)合劑

鑒于 TMAH 能與金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,其可作為絡(luò)合劑。在制備催化劑、染料、涂料等過程中,這一特性發(fā)揮著重要作用。

作為顯影劑

TMAH 在半導(dǎo)體加工工藝中常被用作顯影劑。在光刻過程中,光刻膠部分區(qū)域被曝光,顯影劑可將未曝光的光刻膠部分去除,進而形成所需圖案。其較高的顯影速率,能夠有效提高顯影效率和加工效率。

作為表面活性劑

在表面活性劑領(lǐng)域,TMAH 也有用武之地。由于它具有強堿性和良好的水溶性,可作為陰離子表面活性劑,在乳化、分散、穩(wěn)定和增溶等方面發(fā)揮作用,促進產(chǎn)品性能提升。

作為電解液

在電化學(xué)領(lǐng)域,TMAH 因具有較高的離子導(dǎo)電率和良好的穩(wěn)定性,可作為電解液。在某些電化學(xué)應(yīng)用中,它與金屬離子形成的穩(wěn)定絡(luò)合物,能提高電極反應(yīng)效率。

作為分析試劑

在分析化學(xué)領(lǐng)域,TMAH 可作為分析試劑。其良好的溶解性和穩(wěn)定性,使其能夠用于提取和分離目標化合物,從而提高分析的精度和靈敏度。

三、TMAH 的危害與防護措施

危害

刺激性強:TMAH 對皮膚和黏膜有強烈刺激作用,可能引發(fā)皮膚和眼睛的炎癥及燒傷。

有毒性:該物質(zhì)會對神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)造成損害,威脅身體健康。

爆炸性:當 TMAH 與有機物混合時,在高溫、高壓或接觸火源的情況下,容易發(fā)生爆炸。

防護

穿戴個人防護裝備:操作 TMAH 時,需穿戴耐酸堿的防化服、手套、護目鏡等,防止皮膚和眼睛接觸到該物質(zhì)。

加強通風(fēng)換氣:操作過程中應(yīng)保持室內(nèi)通風(fēng)良好,及時排出有害氣體,避免毒氣積聚。

遵循操作規(guī)程:嚴格按照操作規(guī)程進行操作,注意安全防范,避免產(chǎn)生火源和引發(fā)爆炸等危險。操作結(jié)束后,要及時清洗和處理廢棄物品。

為什么TMAH刻蝕Si表面能夠形成Σ形狀:

TMAH是堿性溶液,有一個羥基,能夠和襯底Si發(fā)生反應(yīng),如下是反應(yīng):

硅的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,從化學(xué)反應(yīng)活性角度來看,蝕刻過程本質(zhì)上是 TMAH 與硅原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),打斷硅原子間的共價鍵并形成可溶解的產(chǎn)物。(110)晶面由于原子密度最小,硅原子周圍的化學(xué)鍵相對較少,原子的活性較高,TMAH 中的氫氧根離子更容易進攻并破壞硅原子的共價鍵結(jié)構(gòu),使得蝕刻反應(yīng)能夠快速進行。相比之下,(111)晶面原子緊密堆積,硅原子間的共價鍵相互作用強,對 TMAH 的侵蝕具有較強的抵抗能力,蝕刻反應(yīng)難以推進,蝕刻速率最慢。(100)晶面的原子活性介于兩者之間,所以蝕刻速率也處于中間水平,因此可以得到精確的Σ結(jié)構(gòu)。

總結(jié)

TMAH 作為一種有機胺鹽堿性化合物,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,可作為清洗劑、化學(xué)拋光劑、溶劑、絡(luò)合劑、顯影劑、表面活性劑、電解液、分析試劑等,在半導(dǎo)體、光學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進步。隨著科技的不斷進步和應(yīng)用的持續(xù)拓展,未來 TMAH 有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。與此同時,我們必須重視 TMAH 的安全使用和環(huán)境保護問題,合理利用這一物質(zhì),充分發(fā)揮其優(yōu)勢,為創(chuàng)造更美好的未來貢獻力量。

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目前就就職于Foundry大廠工藝整合工程師,每天堅持更新行業(yè)知識和半導(dǎo)體新聞動態(tài),歡迎溝通交流,與非網(wǎng)資深PIE。歡迎關(guān)注微信公眾號:國芯制造

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