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引言
? ? ? 氫氧化鉀溶液通常用于改善硅(100)表面光滑度和減少三維硅結(jié)構(gòu)的凸角底切。異丙醇降低了氫氧化鉀溶液的表面張力，改變了硅的蝕刻各向異性，顯著降低了(110)和(hh1)面的蝕刻速率，并在較小程度上降低了(100)和(h11)面的蝕刻速率。
? ? ? 為了在低氫氧化鉀濃度下獲得低粗糙度的(100)表面，蝕刻溶液必須含有飽和水平的異丙醇。在我們的研究中，我們研究了異丙醇濃度對(duì)具有不同晶體取向的硅襯底的蝕刻速率和表面形態(tài)的影響。還研究了氫氧化鉀濃度對(duì)(hkl)面蝕刻速率的影響。為了更好地理解蝕刻過程中在硅表面上發(fā)生的現(xiàn)象，還進(jìn)行了蝕刻溶液的表面張力測(cè)量。最后，給出了在硅(100)晶片上制作的(hkl)側(cè)壁面包圍結(jié)構(gòu)的例子。
實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
? ? ? 實(shí)驗(yàn)中使用了不同(hkl)取向的單晶硅片。沒有研究具有(111)取向的晶片，因?yàn)樵撈矫嬖谒袎A性溶液中的蝕刻速率非常低。因此，我們假設(shè)(111)蝕刻速率等于零。晶片在含有不同濃度異丙醇的3-10 M氫氧化鉀水溶液中蝕刻。含有過量醇的溶液使得單獨(dú)的醇層漂浮在溶液表面上，然后被認(rèn)為是飽和的(與醇濃度低于飽和水平的溶液相反，其然后被認(rèn)為是非飽和的)。蝕刻過程在75℃的恒溫玻璃容器中進(jìn)行60分鐘。采用210轉(zhuǎn)/分的機(jī)械攪拌。用于制造微鏡結(jié)構(gòu)的(100)晶片在光刻工藝中被熱氧化和圖案化。
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結(jié)果和討論
異丙醇蝕刻溶液的表面張力：略
? ? ? 氫氧化鉀濃度對(duì)蝕刻速率的影響：圖2顯示了(hkl)平面在不同氫氧化物濃度的純KOH水溶液中的蝕刻速率。氫氧化鉀濃度從3到5 M的增加導(dǎo)致所有平面的蝕刻速率的增加。然而，當(dāng)氫氧化鉀濃度較高(10 M)時(shí)，大多數(shù)平面的蝕刻速率降低(除了(110)平面)。在整個(gè)研究濃度范圍內(nèi)，(100)面比(110)面蝕刻得慢。用異丙醇飽和的3-10 M氫氧化鉀溶液中(hkl)平面的蝕刻速率如圖3所示，在低濃度的氫氧化鉀(3-5 M)下，氫氧化鉀濃度的增加會(huì)導(dǎo)致(100)蝕刻速率的略微增加和其鄰近平面((h11)平面)蝕刻速率的顯著增加，而幾乎不影響(110)和(331)平面的蝕刻速率。氫氧化鉀濃度的進(jìn)一步增加(從5到10微米)導(dǎo)致(100)和(311)平面以及(110)和(331)平面的蝕刻速率增加。然而,( 110)蝕刻速率增加了大約兩倍，而(100)蝕刻速率僅略有變化，這導(dǎo)致更高的(110)/(100)蝕刻速率比。較低的(110)/(100)蝕刻速率比通常有利于體微加工。
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圖2 在3-10M氫氧化鉀溶液中蝕刻Si(hkl)底物的蝕速率
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圖3 在飽和IPA的3-10M氫氧化鉀溶液中蝕刻的Si(hkl)底物的刻蝕速率
? ? ? 異丙醇濃度對(duì)(hkl)平面表面形態(tài)和蝕刻速率的影響：異丙醇濃度對(duì)表面形貌的影響取決于硅基底的晶體取向。一般來說，在非飽和溶液中，（110)和鄰近平面比(100)和鄰近平面更平滑，它們上覆蓋著山丘(以平面為界的凸結(jié)構(gòu)）。小山丘的密度隨著酒精濃度的增加而減小，這在（100）表面是最明顯的。當(dāng)異丙醇濃度增加時(shí)，（221）的表面形態(tài)也沒有改善。（331）表面是所有考慮的(hkl)取向基質(zhì)中最平滑的一個(gè)。當(dāng)溶液達(dá)到飽和水平時(shí)，其形態(tài)略有改善。
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結(jié)論
? ? ? 本文研究了氫氧化鉀和異丙醇濃度對(duì)硅(hkl)表面腐蝕特性的影響。當(dāng)純氫氧化鉀溶液的氫氧化物濃度稍微增加(從3到5 M)時(shí)，所有被檢查(hkl)平面的蝕刻速率增加。在不飽和異丙醇的氫氧化鉀溶液中，在恒定的表面張力值下，也觀察到蝕刻速率增加。在用醇飽和的溶液中，氫氧化鉀濃度的相同增加導(dǎo)致(110)和(hh1)蝕刻速率的改變可以忽略不計(jì)。當(dāng)氫氧化物濃度從5到10 μm變化時(shí)，純氫氧化鉀溶液中大部分平面的蝕刻速率降低，而用異丙醇飽和的氫氧化鉀溶液中大部分平面的蝕刻速率增加。這一事實(shí)可以用酒精濃度隨著氫氧化鉀濃度從5到10毫摩爾的增加而降低來解釋。
? ? ? 測(cè)量蝕刻溶液的表面張力。在較寬的氫氧化物濃度范圍內(nèi)，隨著醇濃度的增加，表面張力降低。這些結(jié)果表明，在空氣/蝕刻溶液界面處以及類似地在蝕刻溶液/硅界面處，醇分子的密度應(yīng)該增加到飽和水平。然而，蝕刻結(jié)果與這一理論有部分矛盾。當(dāng)酒精濃度達(dá)到飽和水平時(shí)，觀察到(100)和(311)蝕刻速率明顯增加。這表明在飽和水平下，硅表面的單層醇分子部分消失。