單晶硅的各向異性蝕刻特性說明

為了形成膜結(jié)構(gòu)，單晶硅片已經(jīng)用氫氧化鉀和氫氧化鉀-異丙醇溶液進(jìn)行了各向異性蝕刻，觀察到蝕刻速率強(qiáng)烈依賴于蝕刻劑的溫度和濃度，用于蝕刻實(shí)驗(yàn)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(dāng)氫氧化鉀濃度固定為20wt%時(shí)，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(jìn)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。現(xiàn)象結(jié)束后，晶片在120℃下熱處理10分鐘，防止感光膜受損。

圖1

在此過程中，將準(zhǔn)備好的晶片切割成0.5 × 0.5 cm2大小，然后將切割的硅標(biāo)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(shí)，硅晶片上殘留的氧化膜層對KOH溶液起到面膜作用，為了進(jìn)行各向同性濕式蝕刻實(shí)驗(yàn)，制作了圖1各向異性蝕刻實(shí)驗(yàn)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(diào)制的重湯方式，恒溫組使用電熱器和全度調(diào)節(jié)器，可在室溫下控制200℃范圍內(nèi)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(biāo)本的形態(tài)，SEM電子的加速電壓為20 keV,在SEM觀察時(shí)，硅標(biāo)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(shí)通過蝕刻地板面觀察，調(diào)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(yán)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。

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(shí)會(huì)出現(xiàn)不同的形狀。另一方面，由于蝕刻的表面和側(cè)面的角度不同，一部分崩塌的情況也會(huì)發(fā)生，這樣倒塌的部分很快就會(huì)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(huì)增加，相反，食角速度快，hillock會(huì)減少，原因是食角速度重，就會(huì)減少(100)和(110)的食角比例。觀察到，KOH溶液濃度高時(shí)，Hillock密度高，但大小小。

為了實(shí)現(xiàn)成員通道結(jié)構(gòu)，使用含有KOH的兩種溶液進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蝕刻液的溫度和濃度、圖案和晶片結(jié)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(shí)，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(nèi)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(dāng)KOH溶液的蝕刻溫度低于80℃時(shí)，根據(jù)結(jié)晶取向得到了V-groove結(jié)構(gòu)。

審核編輯：符乾江