詳解單晶硅的各向異性蝕刻特性

為了形成膜結構，單晶硅片已經(jīng)用氫氧化鉀和氫氧化鉀-異丙醇溶液進行了各向異性蝕刻，觀察到蝕刻速率強烈依賴于蝕刻劑溫度和濃度，用于蝕刻實驗的掩模圖案在硅晶片的主平面上傾斜45°。根據(jù)圖案方向和蝕刻劑濃度觀察到不同的蝕刻特性，當氫氧化鉀濃度固定為20 wt%時，在80℃以上的蝕刻溫度下觀察到U形槽的蝕刻形狀，在80℃以下觀察到V形槽的蝕刻形狀，蝕刻硅表面產(chǎn)生的小丘隨著蝕刻劑溫度和濃度的增加而減少。

為了了解單晶硅的KOH溶液和KOH-IPA混合用液的各向異性濕式蝕刻特性，利用CZ法生長的4英寸(100) n型硅片。首先，形成了濕式氧化方式購買的硅(SiO2)膜4300 A，為了提高PR與氧化硅膜的附著力，首先涂上了HMDS(己烯)溶液，感光液涂層后，利用對流式OVEN在90℃~ 10分鐘進行熱處理(soft bake)，這一過程增加了涂層后殘留的溶劑，增加了感光液與晶片之間的粘合。將顯影液DPP-100在室溫下按原液原樣使用，顯影了1分鐘?，F(xiàn)象結束后，晶片在120℃下熱處理10分鐘，防止感光膜受損。

在此過程中，將準備好的晶片切割成0.5 × 0.5 cm2大小，然后將切割的硅標本切割成BOE在溶液中浸泡5分鐘，根據(jù)面膜模式冷卻氧化膜，隨后用PPS-100N stripper溶液去除了感光膜，此時，硅晶片上殘留的氧化膜層對KOH溶液起到面膜作用，為了進行各向同性濕式蝕刻實驗，制作了圖1各向異性蝕刻實驗裝置，蝕刻裝置為了保持蝕刻溶液的溫度和濃度不變，采用了恒溫調制的重湯方式，恒溫組使用電熱器和全度調節(jié)器，可在室溫下控制200℃范圍內的全度，使用硅油的重湯方式，蝕刻溶液的溫度偏差為5℃’的精度。

用JEOL模型TSM 6400掃描型電子顯微鏡觀察各向異性濕式蝕刻硅標本的形態(tài)，SEM電子的加速電壓為20 keV,在SEM觀察時，硅標本垂直于圖案形狀切割，用樣品的截面觀察測量蝕刻速率，同時通過蝕刻地板面觀察，調查了hillock、蝕刻形態(tài)等。并觀察了蝕刻速度的變化，KOH溶液的濃度從10~30 w%變化，但可以看出，蝕刻速度看不到，而嚴重依賴于蝕刻溶液的溫度，這樣，不管濃度如何，溫度越高，食角速度就越大。

圖2是根據(jù)KOH濃度和溫度的不同，食用角速度，比較2(a)和(b)，在低溫(60℃)下可以非常準確地預測，但在高溫(80℃)下，預測比實際蝕刻速度大10%左右，對KOH溶液的濃度和溫度，用SEM觀察了濕式蝕刻地板表面的粗糙度和蝕刻形態(tài)，蝕刻的地板表面的粗糙度呈現(xiàn)出溫度和濃度越低越粗糙的趨勢。如圖2(a)的圖表所示，KOH溶液對硅的蝕刻角速度差異很小，但與使用20 w%濃度的KOH溶液相比，底面的粗糙度為30 w%的濃度時，結果良好。這樣，濃度的增加改善地板表面粗糙度的傾向隨著溫度的升高而更加明顯。

通常以金字塔形狀出現(xiàn)，根據(jù)蝕刻溶液的溫度和濃度，有時會出現(xiàn)不同的形狀。另一方面，由于蝕刻的表面和側面的角度不同，一部分崩塌的情況也會發(fā)生，這樣倒塌的部分很快就會被冷卻下來，形成平坦的一面。另外，如果食角速度慢，hillock的密度會增加，相反，食角速度快，hillock會減少，原因是食角速度重，就會減少(100)和(110)的食角比例。觀察到，KOH溶液濃度高時，Hillock密度高，但大小小。

為了實現(xiàn)成員通道結構，使用含有KOH的兩種溶液進行了單晶硅晶片的各向異性濕式蝕刻，并考察了每種蝕刻溶液的蝕刻特性。實驗結果表明，蝕刻液的溫度和濃度、圖案和晶片結晶度的日值等影響了蝕刻特性，其中蝕刻速率隨KOH、KOH-IPA的濃度和溫度變化很大。KOH-IPA混合溶液用于降低蝕刻速率，在蝕刻速率降低的同時，蝕刻地板表面的粗糙度趨于惡化，觀察到對純KOH溶液的各向異性濕式蝕刻在30° w % 80 ~ 90℃溫度范圍內的最佳特性，可看出蝕刻形態(tài)呈水直形態(tài)，底部不粗糙，平坦。當KOH溶液的蝕刻溫度低于80℃時，根據(jù)結晶取向得到了V-groove結構。

　　審核編輯：湯梓紅