掃碼添加微信，獲取更多半導(dǎo)體相關(guān)資料

引言

? ? ? 本文報(bào)道了1wt%氫氧化鉀溶液中Si{100}濕蝕刻的蝕刻特性。蝕刻速率隨著溫度在90度以下的升高而逐漸增加 C. 接近沸溫度（100℃）時(shí)蝕刻速率低于90℃ C. 在1wt%KOH溶液中的最大蝕刻速率約為1μm/min。研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)比率是切實(shí)可行的。然而，微金字塔出現(xiàn)在蝕刻的表面。作為硅各向異性濕法蝕刻的代表性蝕刻液， 使用氫氧化鉀（KOH:毒物）或氫氧化四甲基銨（TMAH:毒物）水溶液。

? ? ? 這次，評(píng)價(jià)了使用1wt%KOH水溶液時(shí)的蝕刻速度及蝕刻表面外觀，把握了加工特性的特征，因此進(jìn)行報(bào)告。

?

實(shí)驗(yàn)

? ? ? 實(shí)驗(yàn)方法蝕刻裝置是將蝕刻槽、加熱器、溫度計(jì)以及攪拌器的表面作為聚四氟乙烯材料，直接浸入液體中的構(gòu)造。

? ? ? 通過(guò)該裝置，可以將蝕刻液的溫度控制調(diào)整到±0.2℃以內(nèi)。作為試料，使用了將P型Si{100}晶圓切成1邊1cm的四角形的小片。在芯片上，蝕刻部分形成了1邊約1mm的四角形圖案等。蝕刻前浸入1%HF水溶液中，除去表面的自然氧化膜。之后，進(jìn)行了所希望的時(shí)間的蝕刻。蝕刻完成后，水洗，干燥，用激光顯微鏡評(píng)價(jià)蝕刻深度，用光學(xué)顯微鏡評(píng)價(jià)蝕刻表面外觀。蝕刻液使用1wt%KOH水溶液，蝕刻溫度設(shè)定在60～100℃的范圍內(nèi)。蝕刻時(shí)間設(shè)定為蝕刻深度為20μm以上。

? ? ? ?圖2顯示了1wt%KOH水溶液中的蝕刻速度的溫度依賴性。雖然蝕刻速度有偏差，但是到90℃為止，隨著蝕刻溫度的上升而增加。但是，在100℃（基本處于沸騰狀態(tài)）下進(jìn)行蝕刻時(shí)，蝕刻速度有下降的傾向。

?

圖2 蝕刻溫度對(duì)硅蝕刻速率?

? ? ? 在圖3中，關(guān)于蝕刻速度降低的100℃下的蝕刻數(shù)據(jù)，所以考慮到有其他的因素，在計(jì)算蝕刻的活性化能時(shí)將其排除在外。

?

圖3降低蝕刻速度數(shù)據(jù)

? ? ? 蝕刻溫度為60～90℃的蝕刻活化能， 計(jì)算出10.7（kJ/mol）。10重量%以上的KOH水溶液的活化能為50～60（kJ/mol）。 溶解時(shí)電子交換的過(guò)程是決定速度的反應(yīng)限速（1）。在這次的1wt%KOH水溶液中， 活性化能的值比高濃度的要小， 可以認(rèn)為，由于蝕刻反應(yīng)物質(zhì)不足等原因引起的擴(kuò)散的影響也對(duì)速度產(chǎn)生了影響。

? ? ? ?圖4 這是在蝕刻溫度80℃及100℃下的蝕刻表面的光學(xué)顯微鏡觀察像。照片的黑色部分是蝕刻表面上出現(xiàn)的被稱為微金字塔的凹凸。100℃的情況下，蝕刻面整體也會(huì)產(chǎn)生小的凹凸。 是充滿了微金字塔的狀態(tài)。在這里，微金字塔是指由于蝕刻的結(jié)晶各向異性而在表面產(chǎn)生的細(xì)微凹凸。

? ? ? 圖5顯示了微金字塔產(chǎn)生的主要原因。①微掩膜（氣泡，雜質(zhì)）的存在②深度方向{100}面的速度快③斜面{111}面的速度慢（幾乎為零）④棱線部{110}面的速度慢的條件都具備的話，就會(huì)產(chǎn)生微金字塔。

? ? ? 微金字塔是由蝕刻速度小的{111}面構(gòu)成的，因此作為100℃下蝕刻速度降低的原因，可以認(rèn)為是微金字塔在蝕刻表面的一面產(chǎn)生的原因。

?

討論和總結(jié)

? ? ? 這次，作為Si各向異性濕法蝕刻綠色工藝研究的一部分，我們?cè)u(píng)估了使用1wt%KOH水溶液時(shí)的蝕刻速度和蝕刻表面外觀。

結(jié)果，當(dāng)溫度升高到90℃時(shí)，蝕刻速度增加，但當(dāng)溫度升高到100℃時(shí)，蝕刻速度降低。 另外，60~90℃蝕刻溫度范圍的蝕刻活化能為10kJ/mol左右，與使用高濃度KOH水溶液的蝕刻相比，我們認(rèn)為它已經(jīng)進(jìn)入了擴(kuò)散速率控制的區(qū)域。

?