單晶硅各向異性蝕刻特性的表征

在本文章中，研究了球形試樣的尺寸參數(shù)，以確定哪種尺寸允許可靠地測量各向異性蝕刻中的方向依賴性，然后進行了一系列的實驗，測量了所有方向的蝕刻速率。這導(dǎo)致建立了一個涵蓋廣泛的氫氧化鉀蝕刻條件范圍的蝕刻速率數(shù)據(jù)庫，得到的數(shù)據(jù)庫澄清了取向依賴性隨氫氧化鉀濃度和蝕刻溫度的變化而變化很大，最后，我們分析了不同氫氧化鉀濃度下的蝕刻譜，蝕刻輪廓因方向依賴性的變化而變化。

使用了一個單晶硅的半球形樣品，如圖所示1，被機械地磨碎，拍打，并拋光成一個鏡像表面，腦半球的半徑為22mm，球形度不到晚上10點，大腦半球的頂部朝向，朝向平面朝向外圍，所有的晶體取向都出現(xiàn)在半球形表面。測量蝕刻前后的輪廓并記錄變化，可以在任何方向計算蝕刻速率。

當(dāng)蝕刻進行時，試樣表面呈現(xiàn)多邊形輪廓，考慮了相鄰方向之間的干擾問題，這個問題如圖所示2,根據(jù)他們自己的蝕刻率，當(dāng)平面B到達點C之前時，指向A方向的蝕刻前方消失。在這種情況下，無法正確評估方向a中的蝕刻率，我們研究了試樣的尺寸參數(shù)，以找到那些可以正確評估蝕刻率，而不讓理想的方向從半球表面消失，結(jié)論是，在晶體學(xué)取向方面，評估所需的密集數(shù)據(jù)網(wǎng)的蝕刻速率，使用了一種氫氧化鉀溶液和水作為蝕刻劑，以85%的顆粒供應(yīng)，蝕刻劑的氫氧化鉀濃度根據(jù)顆粒重量在30~50%的范圍內(nèi)變化，所選擇的溫度在40到90度的范圍內(nèi)°C，蝕刻過程中溫度的穩(wěn)定性為k0.5將半球形硅樣品浸在1升蝕刻劑中，在實驗開始前，將一個硅芯片扔入蝕刻劑中，以估計蝕刻大腦半球所需的時間，在隨后的每次實驗中均使用了新鮮的蝕刻劑。

作為大腦半球的投影，根據(jù)晶格的對稱性，這些圖被折疊成四分之一的圓，所有的方向都出現(xiàn)在這個四分之一的圓中，在X、Y軸的原點和末端出現(xiàn)了三個垂直的（100）平面。三（1 10）位于X、Y軸的中間和圓的外圍，（1 1 1）位于四分之一圓的中間，一些蝕刻率已經(jīng)知道，這樣的方向具有低階米勒指數(shù)，這種測量方法產(chǎn)生了高階指數(shù)方向的蝕刻率，等值線表示這些投影之間的相對蝕刻率，而不是絕對蝕刻率。計算結(jié)果表明，取向依賴性也隨氫氧化鉀濃度的變化而變化，最大蝕刻速率的位置隨氫氧化鉀濃度的變化而漂移。

這些結(jié)果表明，不同的氫氧化鉀濃度之間的蝕刻曲線會有所不同，我們通過改變氫氧化鉀濃度來證明蝕刻譜的差異，總體蝕刻速率的分布再次繪制出來，作為一個半球的投影，其中心朝向(11O），因此（111)位于圓的左端和右端，比較了氫氧化鉀濃度為30%和40%之間異氨酸模式的變化，C-C和D-D線的蝕刻速率決定了槽輪廓。

?

通過氫氧化鉀濃度的變化，可以觀察到蝕刻速率分布的顯著變化，氫氧化鉀蝕刻劑的溫度和濃度都會影響其對取向的依賴性，方向依賴性的變化是很重要的。我們進行了一系列的實驗，其溫度范圍為40~90°C，氫氧化鉀濃度范圍為30~50%，我們將研究結(jié)果總結(jié)為一個數(shù)據(jù)庫，以支持各向異性蝕刻的數(shù)值模擬，模擬是重要的，特別是對于過程設(shè)計，因為它引入了各向異性蝕刻的一系列多步驟，使用不同的掩模模式，在單晶硅上提供復(fù)雜的三維微觀結(jié)構(gòu)。

利用半球形樣品，對單晶硅的蝕刻速率與晶體取向的關(guān)系進行了測量，研究結(jié)果總結(jié)如下：(a)評價了KOWwater溶液中硅的蝕刻速率的取向依賴性；(b)觀察到，取向依賴性隨蝕刻溫度和氫氧化鉀濃度的變化而變化；(c)氫氧化鉀濃度的變化會導(dǎo)致取向依賴性的變化，從而導(dǎo)致不同的蝕刻輪廓，任意方向的蝕速率被描述為蝕刻劑、濃度和蝕刻溫度的函數(shù)。該數(shù)據(jù)庫允許模擬任意蝕刻條件的蝕刻輪廓，結(jié)合蝕刻模擬器，該數(shù)據(jù)庫對大塊硅微結(jié)構(gòu)的微加工工藝的發(fā)展具有重要意義。

　　審核編輯：湯梓紅