含添加剂的各向异性腐蚀液中实现小掩膜下高硅尖的腐蚀

各向异性KOH溶液腐蚀硅尖具有简单、易于实现、成本低廉、(100)晶面腐蚀速率均匀等优点.然而在40%KOH溶液中削角速率和(100)晶面的腐蚀速率之比约为1.6~1.9,并且该比值随着KOH浓度的减小而增大.如此高的削角速率会给AFM探针的制作带来技术上的困难.而对腐蚀场发射器件和隧道式传感器的硅尖阵列来说,高的削角速率会减少单位面积内的硅尖数量.本文通过在氢氧化钾(KOH)或者四甲基氢氧化胺(TMAH)溶液中添加适当的添加剂(如异丙醇(IPA)、1,5戊二醇或碘)降低了削角速率,在较小直径的掩膜下腐蚀出高硅尖.实验结果还表明:在TMAH基腐蚀液中每个硅尖的八个快腐蚀面的削角速率几乎相等,硅尖直径偏差较KOH溶液中腐蚀的硅尖直径偏差更小,因此成品率得到了提高.     

各向异性腐蚀制备纳米硅尖

采用KOH溶液各向异性腐蚀单晶硅的方法制备高纵横比的纳米硅尖,研究了腐蚀溶液的浓度、添加剂异丙醇(IPA)对硅尖形状的影响。设计了硅尖制作的工艺流程,制备了形状不同、纵横比值为0.52～2.1的硅尖,并结合晶面相交模型,提出了硅尖晶面的判别方法,讨论了实验中出现的{411}和{331}晶面族两种硅尖晶面类型,实验结果和理论分析相一致。通过分析腐蚀溶液的质量分数和添加剂对{411}、{331}晶面族腐蚀速度的影响,得到了制备高纵横比纳米硅尖的工艺参数。实验结果表明:当正方形掩模边缘沿<110>晶向时,在78℃、质量分数40的KOH溶液中腐蚀硅尖,再经980℃干氧氧化3h进行锐化削尖,可制备出纵横比大于2、曲率半径达纳米量级的硅尖阵列。     

TMAH+Triton中Si湿法腐蚀机理研究现状

在微机电系统(MEMS)领域硅各向异性湿法腐蚀是制作许多元器件的一项重要技术,加入非离子型表面活性剂的腐蚀液可以在硅基片上制作出各种形状,但是对于真正的腐蚀机理还有待进一步研究。介绍了硅湿法腐蚀机理的研究现状,通过不同腐蚀条件下得出的不同腐蚀结果分析其腐蚀机理。介绍了当非离子型表面活性剂加入碱性溶液时固体表面的活性剂吸附层结构,重点介绍了表面活性剂Triton X-100加入各向异性碱性腐蚀剂四甲基氢氧化铵(TMAH)后对活性剂吸附状态和硅腐蚀速率产生影响的根本原因。不同晶向硅表面的H基和OH基数量会影响其表面活性剂的吸附能力,硅在纯TMAH腐蚀液和加入活性剂Triton后的TMAH腐蚀液中的腐蚀速率存在一定差异,高质量分数的TMAH下加入不同体积分数的Triton时,不同晶面在活性剂吸附和腐蚀速率上也存在不同,给出了出现这些现象的机理分析。研究硅腐蚀机理可以为器件设计提供有效的理论支持,有助于制作更多新的MEMS结构。     

10%TMAH硅湿法腐蚀技术的研究

研究了浓度为10%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液,在不同量的Si粉掺杂下,对铝膜及硅衬底的腐蚀及其pH值的变化。测试了在满足铝膜极低的腐蚀速率(<1nm/min)时,不同温度下该腐蚀液对硅(100)、(111)和(110)晶面及SiO2介质膜的腐蚀速率。还介绍了添加剂—过硫酸铵(APODS)和吡嗪的加入对腐蚀表面形貌及腐蚀速率的影响。研究结果表明,存在着一个临界的硅粉添加量,超过此量后铝膜的腐蚀速率急剧降低。90℃时,在10%TMAH溶液中加入1 5mol/L硅粉、3 0g/LAPODS和2g/L吡嗪可以实现铝膜不被腐蚀,同时硅(100)面约有1μm/min的腐蚀速率,腐蚀表面平整。腐蚀后的铝膜表面同硅铝丝键合良好,实现了腐蚀工艺同CMOS工艺的完全兼容。     

TMAH湿法腐蚀工艺制备微台面结构北大核心

针对目前四甲基氢氧化铵（TMAH）湿法腐蚀工艺制备微台面结构工艺可控性差、需要添加添加剂、溶液使用周期短及工艺维护繁琐、无法实现大尺寸晶圆工程化应用等问题,研究了无添加剂时,微台面的腐蚀形貌与TMAH溶液质量分数和循环速率之间的关系,提升了大尺寸晶圆凸角腐蚀尺寸的均匀性及表面质量,6英寸（1英寸=2.54 cm）硅晶圆内,凸角腐蚀尺寸不均匀性小于5%,台面高度不均匀性小于3%,且腔体底部平整光亮,腐蚀速率较快,实现了工程化应用。当TMAH溶液pH值为12.2-12.6时,微台面结构制备工艺稳定可控、维护简单,实现了高质量微台面结构的可批量化生产。     

光电化学腐蚀法制备高长径比硅微通道

在高长径比硅微通道光电化学腐蚀中,需要根据通道尺寸要求实时修正腐蚀电流.研究了物质输运、暗电流对腐蚀电流控制的影响,并提出了腐蚀电流的控制曲线.根据电解液扩散方程和边界条件,推导出通道尖端处HF质量分数与通道长度的关系.根据腐蚀后的暗扫描I-V曲线计算出暗电流密度.与腐蚀电流密度相比,阴离子表面活性剂的暗电流可忽略不计,进而获得了腐蚀电流修正曲线.根据腐蚀电流修正曲线,通过控制光照强度制备出高长径比(大于60)的等径硅微通道阵列.对修正的腐蚀电流进行调整,制备出通道尺寸空间周期性变化的硅微通道结构.研究结果可为高长径比硅微通道的制备提供技术方法.     

硅各向异性浅槽腐蚀实验研究

通过实验分析,对比了异丙醇(IPA)和超声波对Si(100)面在KOH溶液和四甲基氢氧化氨(TMAH)溶液中的浅槽腐蚀速率及其表面形态的影响。实验结果表明,IPA能降低TMAH溶液的腐蚀速率,但IPA在KOH溶液中腐蚀速率降低不明显;IPA加入到较高浓度的KOH溶液中,会在Si表面产生较大小丘,恶化了Si腐蚀表面的质量,但在TMAH溶液中加入一定量的IPA会改善腐蚀表面的质量;超声波能加快腐蚀速率并能改善Si腐蚀表面质量,但对于加入IPA的较高浓度KOH溶液,超声波未能消除Si腐蚀表面的小丘,另外,超声波还能减弱腐蚀过程中微尺寸沟槽的尺寸效应;在腐蚀条件和配比一定情况下,TMAH溶液的腐蚀质量比KOH溶液好。     

利用电子束光刻制备晶面依赖的硅纳米结构

利用电子束光刻和各向异性湿法腐蚀技术,在(100)SOI衬底上成功地制备出晶面依赖的硅纳米结构.这项技术利用了硅的不同晶面在碱性腐蚀溶液中具有不同腐蚀速率的特性.纳米结构脊部宽度的最小尺寸可以达到10nm以下.扫描电镜和原子力显微镜的观察表明,利用这种方法制备出来的纳米结构具有很好的重复性,而且表面光滑.     

利用电子束光刻制备晶面依赖的硅纳米结构

利用电子束光刻和各向异性湿法腐蚀技术,在(100)SOI衬底上成功地制备出晶面依赖的硅纳米结构.这项技术利用了硅的不同晶面在碱性腐蚀溶液中具有不同腐蚀速率的特性.纳米结构脊部宽度的最小尺寸可以达到10nm以下.扫描电镜和原子力显微镜的观察表明,利用这种方法制备出来的纳米结构具有很好的重复性,而且表面光滑.     

无氨氮化硅薄膜在MEMS硅腐蚀中的应用

研究了等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)生长的无氨氮化硅薄膜作为掩蔽层在MEMS硅腐蚀工艺中的应用。比较了PECVD不同工艺条件(衬底温度和功率)以及不同四甲基氢氧化铵(TMAH)硅腐蚀液温度对无氨氮化硅薄膜硅腐蚀掩蔽效果的影响。通过优化无氨氮化硅薄膜生长条件和硅腐蚀液温度,得到了高质量的氮化硅薄膜,颗粒以及针孔密度较少,0.2μm以上颗粒度小于100,提高了硅腐蚀掩蔽选择比。实验结果显示优化生长条件的氮化硅薄膜(衬底温度350℃,功率30 W),在85℃的TMAH硅腐蚀液中,硅的腐蚀速率为68μm/h,氮化硅薄膜腐蚀速率为33.2 nm/h,硅与氮化硅的腐蚀选择比为2 048,满足MEMS体硅腐蚀工艺对于掩膜特性的要求。