丁基醇濃度對Si平面表面形貌和蝕刻速率的影響

本文我們?nèi)A林科納半導(dǎo)體有限公司研究了類似的現(xiàn)象是否發(fā)生在氫氧化鉀溶液中添加的其他醇，詳細(xì)研究了丁基醇濃度對（100）和（110）Si平面表面形貌和蝕刻速率的影響，并給出了異丙醇對氫氧化鉀溶液的蝕刻結(jié)果，為了研究醇分子在蝕刻溶液中的行為機(jī)理，我們還對溶液的表面張力進(jìn)行了測量。

實驗中采用了（100）和（110）取向的硅晶片。晶片的蝕刻過程在氫氧化鉀水溶液中進(jìn)行。酒精濃度增加到飽和水平，這可以在溶液表面觀察到一層單獨(dú)的酒精層。以異丙醇、1-丁醇、異丁醇和叔丁醇作為添加劑（圖1），氫氧化鉀濃度分別為3或5M(15或23wt%)。蝕刻實驗是在一個帶有回流冷凝器的攪拌條件下(機(jī)械攪拌210rpm)的玻璃容器中進(jìn)行的。晶片在75±0.5C的溫度下蝕刻60min。

酒精濃度對（100）平面和（110）平面蝕刻速率的影響如圖所示2,在所有被研究的酒精中，在氫氧化鉀溶液中添加少量的酒精會顯著降低兩個平面的蝕刻率。用微刻工具進(jìn)行蝕刻深度測量，估計了晶片的蝕刻速率,測量是在室溫(20C)下進(jìn)行的，因為測量容器必須是開放的，因此酒精可以在高溫下蒸發(fā)，在一定濃度的醇類條件下，可以觀察到（100）平面和（110）平面的蝕刻速率的最小值。

眾所周知，氫氧化鉀溶液的酒精飽和度顯著降低了（110）蝕刻率，而（100）蝕刻率的降低相對較低，這種效應(yīng)可以通過醇分子在（110）平面上的優(yōu)先吸附來解釋，被吸附的分子被認(rèn)為抑制了反應(yīng)物(水和oh基團(tuán))進(jìn)入硅表面的途徑，從而導(dǎo)致蝕刻速率的降低。因此，酒精濃度的逐漸增加會導(dǎo)致醇分子的吸附更強(qiáng)，蝕刻速率的降低更大。然而，這一解釋并不足以描述（110）和（100）平面的蝕刻速率最小值的發(fā)生。

在一定程度上減緩（100）表面的蝕刻過程。然而，這也可以從吸附密度與酒精濃度的變化的角度來解釋。如果吸附的醇分子是山丘形成的微掩模(Rola和Zubel2011)，酒精分子的密集吸附也會導(dǎo)致山丘分布更密集，因此（100）蝕刻速率降低更大。

通過研究氫氧化鉀水溶液中醇濃度對（100）和（110）平面蝕刻速率和表面形貌的影響，實驗采用異丙醇和三種丁醇異構(gòu)體，蝕刻速率與醇濃度的最小值不僅對異丙醇，而且對丁醇也觀察到,此外在接近蝕刻率最小值的濃度時，（110）表面的粗糙度降低，雖然在此濃度下，（100）表面覆蓋著小山丘，但在低濃度異丁醇和叔丁醇溶液中蝕刻的小山丘相對較小,一般來說，氫氧化鉀溶液的飽和導(dǎo)致（100）表面的山丘密度降低，但降低的強(qiáng)度隨酒精的不同而不同。

根據(jù)蝕刻速率結(jié)果、表面張力測量結(jié)果和文獻(xiàn)報道，提出了各向異性蝕刻過程中醇與硅表面相互作用的機(jī)理,假設(shè)蝕刻速率與酒精濃度的最小值對應(yīng)于吸附在硅表面的酒精分子的最大密度,當(dāng)醇濃度升高時，氫鍵網(wǎng)絡(luò)逐漸破裂，導(dǎo)致了蝕刻率的增加,這種現(xiàn)象一直發(fā)生到酒精蝕刻溶液飽和,（100）平面的蝕刻速率最小值比（110）平面更明顯，這可能是由于后者的疏水性更高，因此醇分子對其的吸附更強(qiáng),然而，這一假設(shè)應(yīng)該通過對不同晶體取向的硅晶圓的潤濕性測量來證明。

審核編輯：湯梓紅