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? ? ? 氫氧化鉀(KOH)是一種用于各向異性濕法蝕刻技術的堿金屬氫氧化物，是用于微加工硅片的最常用的硅蝕刻化學物質(zhì)之一。各向異性蝕刻優(yōu)先侵蝕基底。也就是說，它們在某些方向上的蝕刻速率比在其他方向上的蝕刻速率高，而各向同性蝕刻(如高頻)會在所有方向上進行。使用氫氧化鉀工藝是因為它在制造中的可重復性和均勻性，同時保持低生產(chǎn)成本。異丙醇(IPA)經(jīng)常被添加到溶液中，以改變從{110}壁到{100}壁的選擇性，并提高表面光滑度。

? ? ? 使用氫氧化鉀蝕刻有一些缺點。最大的問題是蝕刻過程中H2氣泡的產(chǎn)生。這些H2泡沫充當了一個假面具。這增加了粗糙度，并可能損壞微結(jié)構(gòu)。與氫氧化鉀蝕刻相關的另一個問題是氫氧化鉀含有堿離子。KOH是MOS器件的終身殺手。至關重要的是，那些使用氫氧化鉀的人要小心不要污染任何其他工藝。氫氧化鉀還會腐蝕鋁，這可能是片上電路的一個問題。

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堿性氫氧化鉀蝕刻特性

? ? ? 氫氧化鉀蝕刻的蝕刻速率受硅晶體取向的嚴重影響。這是因為它的各向異性。圖1為70?C下的氫氧化鉀濃度。括號內(nèi)的數(shù)字是相對于（110）的標準化值。

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圖1 不同晶體取向和氫氧化鉀濃度的硅刻蝕率

? ? ? (110)平面是最快的蝕刻主表面，而(111)平面是迄今為止最慢的蝕刻平面。這被認為是由于理想的(110)表面具有比(100)和(111)主表面更不均勻的原子結(jié)構(gòu)；而(111)是緊密堆積的，每個原子只有一個懸掛鍵，總體上原子級平坦。

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氫氧化鉀蝕刻速率與成分和溫度的關系?

? ? ? 蝕刻速率隨著溫度的升高而增加；然而，隨著蝕刻速率的增加，會導致不太理想的蝕刻行為。當氫氧化鉀濃度增加超過18wt%時，蝕刻速率降低。這是因為發(fā)生了蝕刻反應。當強堿，如氫氧化鉀(含有豐富的氫氧離子)存在時，硅-硅鍵斷裂。這種蝕刻導致Si(OH)4的形成、四個水分子的消耗和兩個氫氣分子的釋放。隨著溶液中水含量的降低，反應受到限制。圖2是硅取向與成分百分比、溫度和取向相關的蝕刻率。

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圖2 硅取向-氫氧化鉀的依賴性蝕刻率與成分、溫度和取向的百分比

KOH

? ? ? 在（100）硅上的晶片平面上與<110>方向?qū)R的矩形開口導致暴露的{100}平面蝕刻迅速，而{111}平面蝕刻緩慢。結(jié)果，{111}平面顯示，與晶圓平面形成54.7°角。隨著蝕刻的繼續(xù)，{111}飛機最終將相遇，創(chuàng)造一個“V”凹槽。蝕刻不是零，所以確實會發(fā)生一些切割。一個類似于矩形掩模對齊的正方形掩模將導致一個金字塔形的坑。

? ? ? KOH各向異性蝕刻的另一個特征是掩模上有凸角。當掩模具有凸起的拐角時，構(gòu)成拐角的{111}平面被蝕刻掉。如果允許該蝕刻完成，掩模層被完全底切，并且掩模被留在“V”形槽坑上方。根據(jù)圣圖里亞的說法，對此可能的解釋是{111}面通常有一個懸掛的表面原子鍵。在兩個{111}面相交的拐角處，必須存在兩個懸空鍵。這些被蝕刻掉，導致其他快速蝕刻平面暴露出來。

? ? ? 對此，一個可能的解釋是，{111}平面通常有一個懸掛的表面原子鍵。在兩架飛機相遇的角落，必須有兩個懸掛的鍵。這些被蝕刻掉，導致其他快速蝕刻的平面被暴露出來。

? ? ? 這種下切割特征也存在于其他形狀中。例如，蝕刻橢圓掩模產(chǎn)生一個矩形v凹坑，其邊緣與<110>方向?qū)R。由于這種不足，可能會發(fā)生許多關于掩碼對齊的問題。一個非常小的旋轉(zhuǎn)誤差可以導致特征被削弱和大大擴大的。

? ? ? 氫氧化鉀蝕刻通常使用三種掩模材料——氮化硅、二氧化硅和硼摻雜(磷+)硅。氮化硅在氫氧化鉀中幾乎不蝕刻，二氧化硅在85℃的20重量%氫氧化鉀中以大約1.4納米/分鐘的速率蝕刻，并且p+硅根據(jù)蝕刻劑濃度和溫度給出10∶1到100∶1之間的蝕刻減少。