详解单晶硅的各向异性蚀刻特性

为了形成膜结构，单晶硅片已经用氢氧化钾和氢氧化钾-异丙醇溶液进行了各向异性蚀刻，观察到蚀刻速率强烈依赖于蚀刻剂温度和浓度，用于蚀刻实验的掩模图案在硅晶片的主平面上倾斜45°。根据图案方向和蚀刻剂浓度观察到不同的蚀刻特性，当氢氧化钾浓度固定为20 wt%时，在80℃以上的蚀刻温度下观察到U形槽的蚀刻形状，在80℃以下观察到V形槽的蚀刻形状，蚀刻硅表面产生的小丘随着蚀刻剂温度和浓度的增加而减少。

为了了解单晶硅的KOH溶液和KOH-IPA混合用液的各向异性湿式蚀刻特性，利用CZ法生长的4英寸(100) n型硅片。首先，形成了湿式氧化方式购买的硅(SiO2)膜4300 A，为了提高PR与氧化硅膜的附着力，首先涂上了HMDS(己烯)溶液，感光液涂层后，利用对流式OVEN在90℃~ 10分钟进行热处理(soft bake)，这一过程增加了涂层后残留的溶剂，增加了感光液与晶片之间的粘合。将显影液DPP-100在室温下按原液原样使用，显影了1分钟。现象结束后，晶片在120℃下热处理10分钟，防止感光膜受损。

在此过程中，将准备好的晶片切割成0.5 × 0.5 cm2大小，然后将切割的硅标本切割成BOE在溶液中浸泡5分钟，根据面膜模式冷却氧化膜，随后用PPS-100N stripper溶液去除了感光膜，此时，硅晶片上残留的氧化膜层对KOH溶液起到面膜作用，为了进行各向同性湿式蚀刻实验，制作了图1各向异性蚀刻实验装置，蚀刻装置为了保持蚀刻溶液的温度和浓度不变，采用了恒温调制的重汤方式，恒温组使用电热器和全度调节器，可在室温下控制200℃范围内的全度，使用硅油的重汤方式，蚀刻溶液的温度偏差为5℃’的精度。

用JEOL模型TSM 6400扫描型电子显微镜观察各向异性湿式蚀刻硅标本的形态，SEM电子的加速电压为20 keV,在SEM观察时，硅标本垂直于图案形状切割，用样品的截面观察测量蚀刻速率，同时通过蚀刻地板面观察，调查了hillock、蚀刻形态等。并观察了蚀刻速度的变化，KOH溶液的浓度从10~30 w%变化，但可以看出，蚀刻速度看不到，而严重依赖于蚀刻溶液的温度，这样，不管浓度如何，温度越高，食角速度就越大。

图2是根据KOH浓度和温度的不同，食用角速度，比较2(a)和(b)，在低温(60℃)下可以非常准确地预测，但在高温(80℃)下，预测比实际蚀刻速度大10%左右，对KOH溶液的浓度和温度，用SEM观察了湿式蚀刻地板表面的粗糙度和蚀刻形态，蚀刻的地板表面的粗糙度呈现出温度和浓度越低越粗糙的趋势。如图2(a)的图表所示，KOH溶液对硅的蚀刻角速度差异很小，但与使用20 w%浓度的KOH溶液相比，底面的粗糙度为30 w%的浓度时，结果良好。这样，浓度的增加改善地板表面粗糙度的倾向随着温度的升高而更加明显。

通常以金字塔形状出现，根据蚀刻溶液的温度和浓度，有时会出现不同的形状。另一方面，由于蚀刻的表面和侧面的角度不同，一部分崩塌的情况也会发生，这样倒塌的部分很快就会被冷却下来，形成平坦的一面。另外，如果食角速度慢，hillock的密度会增加，相反，食角速度快，hillock会减少，原因是食角速度重，就会减少(100)和(110)的食角比例。观察到，KOH溶液浓度高时，Hillock密度高，但大小小。

为了实现成员通道结构，使用含有KOH的两种溶液进行了单晶硅晶片的各向异性湿式蚀刻，并考察了每种蚀刻溶液的蚀刻特性。实验结果表明，蚀刻液的温度和浓度、图案和晶片结晶度的日值等影响了蚀刻特性，其中蚀刻速率随KOH、KOH-IPA的浓度和温度变化很大。KOH-IPA混合溶液用于降低蚀刻速率，在蚀刻速率降低的同时，蚀刻地板表面的粗糙度趋于恶化，观察到对纯KOH溶液的各向异性湿式蚀刻在30° w % 80 ~ 90℃温度范围内的最佳特性，可看出蚀刻形态呈水直形态，底部不粗糙，平坦。当KOH溶液的蚀刻温度低于80℃时，根据结晶取向得到了V-groove结构。

　　审核编辑：汤梓红