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構。
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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,對于垂直的側壁，掩模圖案應平行于方向對齊,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。

圖1

圖1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曲線處沒有相應的數據點。

圖2

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2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。當溶液中EDP含量低于71wt%時，硅表面開始出現固體殘留物。此外，還發現，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，表面粗糙度值是穩定的。三種蝕刻劑的Si表面的蝕刻表面均形成線性紋理結構。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溶液的表面質量,在125C下，EDP溶液在88wt%左右達到最佳的表面粗糙度。當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,當氫氣泡粘在硅表面時，反應高度延遲，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返回并擴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，當濃度低于71wt%的EDP濃度時，蝕刻表面開始出現殘留物；(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系中的活化能和指數前因子，氫氧化鉀、TMAH和EDP溶液的活化能分別為0.6、0.5和0.34eV。而相應的指數前因子的值分別為109、107和105lm/min；(d)通過適當的預防和保護，EDP在蝕刻過程中產生光滑的蝕刻表面，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。

　　審核編輯：湯梓紅