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本文研究了氫氧化鉀、TMAH（C6H4(OH)2)溶液中氫氧化銨（四甲基銨）和EDP(乙烯二胺(NH2(CH2)2NH2)的濃度和溫度對硅表面的影響，制作了光滑的垂直墻和懸吊梳式結(jié)構(gòu)。
在蝕刻研究中，在1100C下熱生長1lm二氧化硅掩蔽層，然后通過常規(guī)光刻和氧化物圖案蝕刻對氧化物層形成圖案,對于垂直的側(cè)壁，掩模圖案應(yīng)平行于方向?qū)R,在將樣品浸入蝕刻溶液中之前，在緩沖的高頻溶液中去除天然氧化物，然后在去離子(DI)水中沖洗,為了更好地晶片區(qū)域的均勻性，我們將樣品水平保存在蝕刻溶液中。
將氫氧化鉀薄片溶解到去離子水中制備氫氧化鉀溶液,在500ml的氫氧化鉀溶液中進(jìn)行了一系列的蝕刻實驗,濃度在10~50wt%之間變化，溫度在80~120C之間不等,TMAH溶液（500毫升）是通過稀釋市售的TMAH溶液制備的。TMAH濃度在5~25wt%之間變化，蝕刻槽的溫度在60~90C之間變化。本研究采用500ml乙烯二胺、80g吡氯苯乙烯和水(DI)作為蝕刻溶液，蝕刻溶液中的EDP含量從71~95wt%不等，蝕刻浴的溫度從70~125C不等。
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圖2
圖2顯示了不同蝕刻浴溫度下不同氫氧化鉀濃度下硅蝕刻速率的依賴關(guān)系，研究表明，20wt%氫氧化鉀溶液在80C下的最大硅蝕刻速率分別為1.52lm/min，在120C下分別為15.06lm/min，10wt%氫氧化鉀溶液的沸點為112C，因此在120C曲線處沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)點。
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圖4
蝕刻溶液中的濃度在60C下，最大蝕刻速率為0.28lm/min，在90C下為1.18lm/min，TMAH濃度為1.18lm/min。圖4顯示了蝕刻溶液中硅蝕刻速率隨EDP濃度的變化，在本研究中，在71%EDP溶液中，最大蝕刻速率分別為0.5lm/min，125C為2.5lm/min。當(dāng)溶液中EDP含量低于71wt%時，硅表面開始出現(xiàn)固體殘留物。此外，還發(fā)現(xiàn)，在95wt%的EDP含量以上時，蝕刻率顯著下降。因此，硅蝕刻實驗限制在71-95wt%EDP溶液。
通過優(yōu)化過程證實，只要溫度和濃度都固定，在蝕刻深度50-60lm范圍內(nèi)，表面粗糙度值是穩(wěn)定的。三種蝕刻劑的Si表面的蝕刻表面均形成線性紋理結(jié)構(gòu)。表面粗糙度隨著蝕刻溫度的升高，表面粗糙度逐漸降低。對于氫氧化鉀溶液，在沸點溫度附近蝕刻的表面比在較低溫度下蝕刻的樣品表面光滑。在120C下，40wt%氫氧化鉀溶液左右達(dá)到最佳表面粗糙度。 在描述80C和120C下蝕刻Si表面的差分干涉對比度(DIC)顯微圖中，通過測量的表面粗糙度(Ra值)，表明表面粗糙度值從926.4到21.2nm有顯著變化,表面紋理的長度比氫氧化鉀蝕刻樣品的表面紋理要短,在周圍獲得了最好的表面粗糙度。TMAH(25wt%)蝕刻樣品的表面粗糙度范圍為35.6nm(90C)至61.2nm(70C),高溫下的蝕刻法也能提高EDP溶液的表面質(zhì)量,在125C下，EDP溶液在88wt%左右達(dá)到最佳的表面粗糙度。當(dāng)EDP溶液溫度(88wt%)從90升高到125C時，蝕刻硅表面的均方根粗糙度從65.3nm降低到9.4nm。
蝕刻表面的光滑性與從硅表面去除小氫氣泡的有效性密切相關(guān),當(dāng)氫氣泡粘在硅表面時，反應(yīng)高度延遲，最終形成類似于如圖所示的線性紋理粗糙表面,在較高的溫度下工作也有助于快速去除氫氣泡，因為蝕刻劑的粘度在較高的溫度下降低。粘度的降低使氣泡很容易從表面脫落，并使蝕刻溶液在較短的時間內(nèi)返回并擴(kuò)散到分離的氣泡部位。因此，形成較小的氫氣泡，并只在硅表面停留很短的時間。隨著氫氣泡覆蓋的表面積的減小，表面粗糙度也會減小。
通過研究不同蝕刻劑的蝕刻行為，可以制作垂直梳狀壁。我們測量了不同濃度和溫度下硅晶片在氫氧化鉀、TMAH和EDP溶液中的蝕刻速率，比較了所有蝕刻劑的各向異性蝕刻性能：(a)蝕刻速率取決于蝕刻劑的濃度和溫度，在20wt%氫氧化鉀溶液下，觀察到最大蝕刻速率（15.06lm/min），硅蝕刻速率隨著TMAH濃度的增加而增加，最大值為25wt%。蝕刻速率隨著蝕刻溶液中EDP濃度的降低而增大。然而，當(dāng)濃度低于71wt%的EDP濃度時，蝕刻表面開始出現(xiàn)殘留物；(b)在高溫下的蝕刻可以提高所有三種蝕刻劑的平滑度，可以得到硅光滑表面，Ra值為21.2nm，40wt%氫氧化鉀溶液在120C和9.4nm的EDP溶液(88wt%)在125C。在TMAH溶液中，可以得到最好的Ra值為35.6nm；(c)估計了Si樣品在阿倫尼烏斯關(guān)系中的活化能和指數(shù)前因子，氫氧化鉀、TMAH和EDP溶液的活化能分別為0.6、0.5和0.34eV。而相應(yīng)的指數(shù)前因子的值分別為109、107和105lm/min；(d)通過適當(dāng)?shù)念A(yù)防和保護(hù)，EDP在蝕刻過程中產(chǎn)生光滑的蝕刻表面，并溶解硅晶片。因此，在溶解晶圓過程中不使用單一蝕刻劑，可以想到兩步蝕刻，初始階段是氫氧化鉀溶液，最后階段是EDP蝕刻。