硅在氢氧化钠和四甲基氢氧化铵中的温度依赖性蚀刻

引言

过去利用碱氢氧化物水溶液研究了硅的取向依赖蚀刻，这是制造硅中微结构的一种非常有用的技术。以10M氢氧化钾（KOH）为蚀刻剂，研究了单晶硅球和晶片的各向异性蚀刻过程，测量了沿多个矢量方向的蚀刻速率，用单晶球发现了最慢的蚀刻面。英思特利用这些数据，提出了一种预测不同方向表面的倾角的方法。

实验与结论

将一些n型（100）和（110）硅片清洗、热氧化，并将每隔5°有矩形开口的车轮图案转移到晶片上。然后，这些晶片在缓冲氧化物蚀刻法（BOE）中蚀刻12分钟，之后在去离子水中冲洗，从而去除光刻抗蚀剂。

在开始氢氧化钠（NaOH）或羟化四甲铵（TMAH）的蚀刻过程之前，所有的晶圆都需在BOE中浸泡约10秒，以去除在开放槽中形成的任何天然氧化物。蚀刻法分别在50%NaOH水溶液和25%TMAH水溶液中进行。将烧杯放置在标准的实验室热板上，手动将温度控制在所需温度的1℃以内，当温度稳定时，就开始蚀刻。（江苏英思特半导体科技有限公司）

带正电荷的离子或基团（NaOH中的Na+，TMAH中的TMA+）被吸引到硅表面，因为它的电是来自电解质产生的负电位。由于硅的悬挂键与硅相互作用，这种情况下带正电荷的离子与被吸引的电子带负电荷的表面硅原子形成偶极（如图1图2所示）。

图1：钠离子的位置显示在硅平面原子的顶部

图2：TMA+基团的位置显示在硅平面上的硅原子的顶部

结论

在氢氧化钠和TMAH中，英思特测量了（100）和（110）硅晶片的刻蚀速率和温度的关系。{111}面的蚀刻率在氢氧化钠中被评估为极低：在低于50-60°C的较低温度下，我们观察到在（100）晶片任意取向的任何槽中没有在（110）方向的蚀刻。

在较高的温度下，二氧化硅掩模蚀刻速率开始变得不可忽视。我们研究了氢氧化钾蚀刻表面粗糙度的粗糙度以及掩模结的影响。英思特将槽及其斜坡的倾斜面的粗糙度解释为由于总是存在掩盖边缘不规则和缺陷，导致{ 111)平面的形成，使蚀刻过程大大减慢。这与TMAH的情况形成了鲜明的对比，在TMAH中，{111}平面以更高的蚀刻速率蚀刻，因此观察到槽的光滑倾斜表面。（江苏英思特半导体科技有限公司）

江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。

审核编辑黄宇