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本文研究了氫氧化鉀（氫氧化鉀）蝕刻過程對(duì)原子力顯微鏡制備的p型絕緣子上硅納米結(jié)構(gòu)的影響。采用電化學(xué)過程，如局部陽極氧化和兩個(gè)濕化學(xué)蝕刻步驟，氫氧化鉀去除硅和氫氟蝕刻，制備硅納米結(jié)構(gòu)。研究了純氫氧化鉀濃度(10%~30%wt)對(duì)表面質(zhì)量的影響。并考慮了蝕刻浸入時(shí)間對(duì)納米結(jié)構(gòu)和SOI表面蝕刻的影響。研究了不同氫氧化鉀濃度與10%IPA隨反應(yīng)溫度混合對(duì)蝕刻速率的影響，最常見的各向異性蝕刻劑是氫氧化鉀（氫氧化鉀），與其他各向異性蝕刻劑（如乙二胺、吡咯二酚）相比，更推薦用于硅蝕刻。
在AFM-LAO方法中，一種氧化物圖案被轉(zhuǎn)移到頂部的硅層上，作為硅的選擇性蝕刻的掩模。液體蝕刻（氫氧化鉀）攻擊未覆蓋的頂部硅層，并且可以通過選擇性的化學(xué)蝕刻和去除不需要的硅區(qū)域來提取所需的結(jié)構(gòu)。研究了對(duì)蝕刻速率和表面粗糙度的蝕刻時(shí)間，并與以往的工作進(jìn)行了比較。在此問題上，我們考慮了原子力顯微鏡誘導(dǎo)的氧化物在蝕刻納米結(jié)構(gòu)上的比性質(zhì)。這可以作為未來AFM納米光刻、氫氧化鉀蝕刻等實(shí)驗(yàn)工作的指導(dǎo)，并完成之前的實(shí)驗(yàn)工作。
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圖1該圖像蝕刻了氫氧化鉀
為了研究氫氧化鉀對(duì)晶片表面的影響，我們使用不同濃度的p型（100）Si樣品。圖1顯示了在63-65oC（優(yōu)化制造溫度）的溫度范圍下，不同氫氧化鉀比例的溶液(10-30%wt)蝕刻硅晶片的AFM顯微圖像。可以看出，表面粗糙度隨著氫氧化鉀的百分比從10%增加到30%而變化。對(duì)于低比例的氫氧化鉀，表面更粗糙，不溶性沉淀物的形成更為可見。雖然濃度本身并不是影響表面粗糙度的主要因素，但溫度和蝕刻時(shí)間也是造成這個(gè)問題的原因。
圖2顯示了p型（100）Si樣品在不同氫氧化鉀濃度百分比下的表面粗糙度與溫度之間的關(guān)系。圖中顯示，不同氫氧化鉀濃度的氫氧化鉀蝕刻后，表面粗糙度隨溫度升高到最高值，在較高濃度的氫氧化鉀時(shí)，硅表面更光滑。
圖2 不同氫氧化鉀濃度下反應(yīng)溫度對(duì)表面粗糙度的影響
在我們的例子中，由于假設(shè)氫氧化鉀蝕刻的Si去除速率為0.25μm/min，因此去除100nm頂部Si層的時(shí)間間隔估計(jì)在20-22s之間。圖3顯示了在63oC-65oC的溫度范圍下，氫氧化鉀(30%wt)蝕刻過程后，浸泡時(shí)間對(duì)納米結(jié)構(gòu)的影響，在蝕刻20秒后(圖3a)提取的最佳形狀，而對(duì)于較長(zhǎng)的浸泡時(shí)間（25-30秒），出現(xiàn)過度蝕刻，去除部分結(jié)構(gòu)，然而，與其他時(shí)間相比，浸泡時(shí)間(20s)的表面粗糙度更高。?
在氫氧化鉀蝕刻過程中，由于硅和氫離子的反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣泡，該過程降低了氫氣泡的穩(wěn)定性（張力活性），蝕刻速率與水的濃度有很大的關(guān)系，隨著氫氧化鉀濃度的高，溶液中的水含量顯著降低。值得一提的是，添加IPA可能會(huì)降低蝕刻速率，但在整個(gè)氫氧化鉀濃度范圍內(nèi)肯定能提供平滑的（100）Si表面，特別是對(duì)于高氫氧化鉀比。
在不同溫度(不同溫度為60-63oC)下，不同氫氧化鉀濃度（10%-50%），IPA濃度對(duì)Si（100）氫氧化鉀蝕刻速率的影響如圖4所示。在所有檢測(cè)的IPA濃度下，當(dāng)氫氧化鉀濃度為50%wt時(shí)，通過增加IPA濃度，蝕刻速率最低，蝕刻速率降低，在這個(gè)氫氧化鉀濃度的速率(50%wt)下，觀察到蝕刻速率與IPA%變化的依賴性最低。
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圖4不同IPA%vol混合氫氧化鉀的Si（100）刻蝕速率
在不同溫度下，檢測(cè)了不同氫氧化鉀濃度對(duì)與10%IPA混合的溶液蝕刻速率的影響，無論蝕刻的銳度或表面粗糙度如何，都可以觀察到使用高溫反應(yīng)可以獲得最快的蝕刻速率。較低的溫度范圍可能會(huì)增強(qiáng)IPA在Si表面的吸收，從而阻礙IPA的影響。同時(shí)，還考慮了浸入時(shí)間和溫度對(duì)獲得具有適當(dāng)表面粗糙度的納米結(jié)構(gòu)形成的最佳結(jié)果的作用。
硅蝕刻工藝的整個(gè)過程大致可分為三大過程。首先，在邊界層上注入蝕刻劑，導(dǎo)致蝕刻劑在晶片表面擴(kuò)散；然后蝕刻劑化學(xué)反應(yīng)從位于表面的硅原子開始，最后該化學(xué)反應(yīng)擴(kuò)散到整體。在我們的例子中，對(duì)于頂部硅層薄、蝕刻時(shí)間短(<25s)的SOI晶片，從蝕刻表面到大塊蝕刻劑的反應(yīng)過程不能完全進(jìn)行。EDX分析表明，原子元素中含有72.30%的硅(Si)和27.70%的氧(O)，對(duì)結(jié)構(gòu)區(qū)域外的相同分析顯示，所選區(qū)域含有63.75%的氧（O)和36.25%的硅(Si)，在高頻蝕刻過程中，預(yù)計(jì)將去除氧化物掩模和天然氧化物。因此，該結(jié)構(gòu)應(yīng)含有少量的氧氣(O)。
對(duì)于蝕刻過程，蝕刻劑的選擇性是實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)高長(zhǎng)寬比的關(guān)鍵參數(shù)，就實(shí)驗(yàn)工作的蝕刻選擇性而言，二氧化硅對(duì)AFM-LAO的硅/二氧化硅的低選擇性是蝕刻過程中的另一個(gè)問題。IPA和HF蝕刻工藝（氧化物去除），它顯示了金字塔形狀的輪廓的納米線與平面和角度的墻壁，根據(jù)TEM儀器的尺寸測(cè)量，蝕刻結(jié)構(gòu)的角度為51.97o，比標(biāo)準(zhǔn)Si各向異性蝕刻（54.740）的報(bào)道情況要小。