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介紹
使用氫氧化鉀、氫氧化四甲基銨或焦鏈烯對(duì)晶體進(jìn)行堿性蝕刻，以在微機(jī)電系統(tǒng)(微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)、太陽(yáng)能電池和集成電路制造)中創(chuàng)建各種特征定義。KOH將在本節(jié)中討論。堿性化學(xué)物質(zhì)具有優(yōu)先沿著晶體取向蝕刻硅的能力。這使得用其他微加工技術(shù)(例如V形槽)制造難以制造的幾何形狀成為可能。蝕刻速率取決于硅晶面的取向，由于原子在這些取向上的排列，< 100 >和< 110 >的取向蝕刻不同于< 111 >的取向。硅< 100 >沿< 111 >晶面各向異性蝕刻，與< 100 >面成54.74°角。硅< 100 >被掩蔽蝕刻。
加工工藝學(xué)
氫氧化鉀溶液是通過(guò)將氫氧化鉀小球溶解在去離子超純晶片(去離子H2O)中制備的。提出了各種濃度的蝕刻溶液，有時(shí)使用添加劑來(lái)降低表面粗糙度；硅的蝕刻速率取決于氫氧化鉀溶液的濃度。氫氧化鉀蝕刻速率也取決于溫度。分批浸沒(méi)槽控制溫度，并能向氫氧化鉀溶液中加入水，是首選的處理方法。添加劑通常是有機(jī)的，如異丙醇(IPA)，在蝕刻過(guò)程中添加以平滑表面。
必須避免溶液中的氣泡，因?yàn)檫@些氣泡會(huì)掩蓋蝕刻。掩模材料通常是氮化硅(Si3N4)或二氧化硅.金或其他金屬也可以用作掩蔽材料。晶片上不應(yīng)有任何有機(jī)材料(如光刻膠)，因?yàn)檫@會(huì)污染氫氧化鉀溶液，因?yàn)楣饪棠z會(huì)腐蝕。硅對(duì)氮化硅的選擇性非常高，為了生產(chǎn)，可以假設(shè)氮化硅根本不蝕刻。然而，觀察到二氧化硅的氫氧化鉀蝕刻；蝕刻速率比硅的蝕刻速率慢得多(1-2個(gè)數(shù)量級(jí)),但在進(jìn)行深度蝕刻時(shí)應(yīng)予以考慮。選擇性取決于溫度和濃度。通過(guò)調(diào)節(jié)濃度和溫度獲得的慢蝕刻速率工藝用于最大化硅對(duì)二氧化硅的選擇性。硅刻蝕速率與N型材料的摻雜無(wú)關(guān)；例如P和As，然而，對(duì)于P型摻雜，例如B，在較高的摻雜濃度下，< 110 >蝕刻速率降低。
對(duì)于硅< 100 >,在大約60℃的溫度下，在80%去離子水中20重量%氫氧化鉀的濃度下，獲得接近20米/小時(shí)的蝕刻速率。在不同濃度和溫度的氫氧化鉀中，硅、氮化硅和二氧化硅的蝕刻速率見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3] [4]。圖2顯示了20重量%氫氧化鉀溶液的溫度與蝕刻速率的關(guān)系。在較低濃度下，約20-30%，除了獲得較高的剝離速率外，還獲得了比較高濃度下更光滑的表面。使用的最大濃度約為60 %，因?yàn)殡S著濃度的增加，蝕刻速率迅速降低。此外，較低的濃度更容易控制，并為刻面蝕刻提供最佳結(jié)果。圖3顯示了濃度和溫度對(duì)不同硅取向的蝕刻速率的關(guān)系。加熱溶液會(huì)加速蝕刻速度。然而，高于60℃的溶液蒸發(fā)水分的速度更快，并且蝕刻速度大于獲得可重復(fù)結(jié)果的合理速度。將氫氧化鉀浸沒(méi)槽工藝優(yōu)化到所需的器件結(jié)果將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)寬的工藝窗口。
鉀(鉀+)是一種堿金屬離子，與鈉(鈉)一樣，對(duì)于金屬氧化物半導(dǎo)體(金屬氧化物半導(dǎo)體)器件或任何依賴長(zhǎng)壽命的器件(如太陽(yáng)能電池)來(lái)說(shuō)，鉀是一種極快擴(kuò)散的壽命殺手。因此，在蝕刻完成后，氫氧化鉀蝕刻溶液必須有效地從硅表面清除。建議在氫氧化鉀處理后使用SC-1進(jìn)行RCA型清洗。必須遵守適當(dāng)?shù)某绦?，以避免污染?shí)驗(yàn)室其他地方的任何金屬離子敏感工藝和設(shè)備。此外，氫氧化鉀是一種腐蝕性溶液，處理時(shí)必須注意安全。
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?應(yīng)用程序
太陽(yáng)能電池
太陽(yáng)能電池(光伏器件)化學(xué)蝕刻單晶硅或多晶硅，以可控地粗糙化具有隨機(jī)紋理的硅，這為光吸收提供了更多的表面積，從而提高了太陽(yáng)能電池的效率。
用氫氧化鉀或其他堿性溶液進(jìn)行化學(xué)蝕刻的另一個(gè)應(yīng)用是去除稱為分流的邊緣摻雜。由于磷結(jié)和氮結(jié)之間的界面不清晰，太陽(yáng)能電池的效率受到漏電的影響。未受氮化硅表面保護(hù)的邊緣優(yōu)先被蝕刻，以提高電氣性能。
微電子機(jī)械系統(tǒng)
使用各向異性硅蝕刻的例子是聲學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的形成。麥克風(fēng)是一種薄膜，由硅基器件頂面上的小手指材料支撐，麥克風(fēng)后面的硅襯底被完全移除。使用氫氧化鉀溶液蝕刻孔比干等離子體工藝更經(jīng)濟(jì)。其他微機(jī)電系統(tǒng)傳感器也使用這種技術(shù)。
通信操作指令
存在使用氫氧化鉀蝕刻深溝槽以形成島的可能性，用于SOI材料，例如藍(lán)寶石或二氧化硅絕緣體上的硅。
改造
在研磨和拋光步驟之前，使用氫氧化鉀浴剝離多晶硅。在這個(gè)過(guò)程中，一些單晶硅也被去除。
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