本文討論了一種使用容易獲得的晶片處理技術(shù)在硅中產(chǎn)生溝槽結(jié)構(gòu)的簡單技術(shù)，通過使用(110)Si的取向相關(guān)蝕刻，可能在硅中產(chǎn)生具有垂直側(cè)壁的溝槽，與該技術(shù)一起使用的某些溶液的蝕刻各向異性大于600∶1[110]:[111]蝕刻，使得有可能制造幾乎任何縱橫比的溝槽，對于這種使用兩種蝕刻劑的技術(shù)，各向異性為50:1，所需的設備、材料和加工步驟都已列出。

當研究沉積膜的階梯覆蓋時，一種常見的測試結(jié)構(gòu)是溝槽或凹槽，對于大多數(shù)基于等離子體的蝕刻技術(shù)來說，很難實現(xiàn)20∶1的蝕刻率，或者具有矩形截面，另一方面，取向相關(guān)蝕刻(ODE)具有產(chǎn)生具有非常大縱橫比的輪廓分明的表面的潛力，在ODE中，用掩模層對單晶進行構(gòu)圖，并進行依賴于表面的濕法蝕刻。在Si中,( 111)和(110)平面是最常見的ODE，盡管已經(jīng)發(fā)表了一些產(chǎn)生(100)硅的垂直側(cè)壁蝕刻的工作，ODE蝕刻不像其它蝕刻那樣快速地攻擊特定的晶面[對于Si，它通常是(111)面]，產(chǎn)生高達600:1的蝕刻各向異性，這項工作選擇(110)晶片取向，因為(111)平面垂直于(110)平面，允許蝕刻垂直側(cè)壁溝槽。

大多數(shù)(110)Si的ODE技術(shù)的主要缺點是蝕刻槽的底部具有大致平行于{ 311 }面的傾斜拐角，利用兩個連續(xù)的蝕刻步驟，產(chǎn)生具有垂直于側(cè)壁的溝槽底部的高度各向異性的蝕刻，產(chǎn)生具有矩形橫截面的溝槽，并且可以以任何期望的縱橫比制造。

這項技術(shù)需要最少的設備，其中大部分都是現(xiàn)成的，唯一的專用設備是光刻膠旋轉(zhuǎn)器、接觸掩模和熱氧化爐，和能夠容納晶片的特氟隆燒杯，所需的材料包括(110)輕摻雜硅晶片、光致抗蝕劑、光致抗蝕劑顯影劑、氫氟酸(在H2O為50% HF)、氟化銨(在H2O為40% NH4F)、濃硫酸(H2SO4)、30%過氧化氫溶液(不穩(wěn)定的H2O2是優(yōu)選的，穩(wěn)定的H2O2包含錫)、氫氧化鉀(在H2O為45重量%KOH)和異丙醇。

在掩模層上進行圖案顯影需要所需圖案的光掩模，這里使用的是為溝渠生產(chǎn)而設計的，由1.041厘米×0.512厘米的鉻圖案模具組成，每個芯片由74組5個溝槽組成，寬度分別為5、10、15、20和30 μm，被10 μm的線分開，這些線是加工后的硅壁，溝槽和壁與0.512厘米方向?qū)R，將八個測試圖形放入晶片的外圍和中心，用于蝕刻過程的定量，尺寸公差、光致抗蝕劑曝光、晶片定向標記和66組圖案構(gòu)成了診斷芯片的特征。

第一步是在干凈的硅片上制作掩模材料，需要熱生長的氧化物或氮化物，該層需要足夠厚以持續(xù)到第二KOH蝕刻步驟結(jié)束，在大約1000℃的溫度下，在3英寸的襯底上生長一層7600?的濕氧化硅層，(7.5厘米)-摻二硼的(110)硅晶片，為了估計所需掩蔽層的厚度，在KOH浴中觀察到的氧化物蝕刻速率約為10?/min，包括所有工藝步驟，在本例中1000?就足夠了。整個工藝的硅∶二氧化硅蝕刻選擇性約為3000∶1。

一旦掩模層生長，它需要被圖案化，將Shipley 1813光致抗蝕劑施加到晶片上，然后以3500 rpm的速度旋轉(zhuǎn)30秒，然后將晶片在95℃下軟烤30分鐘，在光致抗蝕劑被軟烤之后，晶片被安裝在掩模對準夾具中。夾具由兩個鋁框組成，可以緊緊地夾在一起，在夾具的一半上有一個開口，以便用環(huán)氧樹脂安裝密封將光掩模固定在其中。

光致抗蝕劑顯影在5∶1的H2O∶希普利351微孔顯影劑中進行45秒(顯影劑是氫氧化鈉、表面活性劑、H2O混合物)它在140攝氏度下烘烤30分鐘，在此涂層之后，光致抗蝕劑的背面涂層與另一次硬烘烤一起施加，背面涂層用于保護背面氧化物，然后將晶片放入緩沖氧化物蝕刻(BOE)中10-11分鐘，或者直到晶片變得疏水，以蝕刻穿過氧化物掩模層，HF∶NH4F 1∶11溶液用于抑制光致抗蝕劑的膨脹和剝離，然后在加熱到120℃的濃h2so 4:30% H2O 2(6:1)的Piranha蝕刻中剝離光致抗蝕劑，(根據(jù)過氧化氫的溫度和使用時間，可能沒有必要使用外部熱源)建議在不使用過氧化氫時將其冷藏，以延長其使用壽命，一旦晶片被加入到溶液中，溶液就會變黃，但是一旦光刻膠被完全去除，溶液就會變得清澈，在光刻膠剝離過程中，硅上會形成一層薄的氧化層，因此有必要將晶片放在BOE中30秒以去除該層。

接下來的兩步是制造過程中最關(guān)鍵的:兩次KOH蝕刻，溫度容差非常嚴格，因為在10°C范圍內(nèi)，蝕刻速率的變化可能超過5000?/min，因此，建議保持6±1°C的公差，第一次蝕刻是在加熱至80℃的H2O中用45%重量的KOH進行的，將溶液置于具有攪拌能力的熱夾套Pyrex浴中，浴缸需要蓋上蓋子，以減少液體蒸發(fā)，建議使用水冷蓋子來保存液體，溶液的攪拌需要足夠活躍，以保持溶液充分混合，從而將溫度和濃度梯度降至最低(120–150 rpm)，只有在浴槽達到適當?shù)臏囟群螅拍軐⒕湃朐〔壑校g刻速率約為3微米/分鐘，典型的各向異性為150∶1，在蝕刻之后，已經(jīng)形成了溝槽側(cè)壁，蝕刻后，側(cè)壁垂直于晶片表面，但在基底和側(cè)壁之間是平行于(311)面的傾斜面，并從側(cè)壁突出約20 μm[見圖1( a)和1( b)]。

第二蝕刻步驟在H2O使用25重量%的KOH，該蝕刻的目的是去除溝槽底部的斜面。一旦KOH溶液進入浴中，向其中加入5厘米厚的異丙醇層。醇在KOH溶液上形成不混溶層，通過以大約120-150轉(zhuǎn)/分的速度攪拌，可以將酒精混入KOH中，酒精的沸點是84攝氏度，所以洗澡時一定要保持在這個溫度以下，盡管該浴的工作溫度為80±1 ℃,但仍需要攪拌該浴，以使酒精層與H2O混合，晶片需要隔開，這樣它們就能得到足夠的溶液循環(huán)。蝕刻速率為2500/分鐘，但各向異性僅為6:1(見圖2)，這種蝕刻非常有效地侵蝕斜面，并在5-10分鐘內(nèi)完全去除它們，較長的蝕刻風險是在橫向方向上蝕刻，最后一步是去除剩余的掩蔽氧化物。通常在BOE溶液中10-15分鐘就足夠了，在H2O漂洗5分鐘，然后吹干。在該步驟之后，該過程完成(見圖3)。

圖1示出了具有(111)對準掩模層的80℃KOH、H2O等厚(110) Si的效果，溝槽壁垂直于(110)面，腐蝕速率約為2.5米/分鐘，對于圖1( a)所示的樣品，各向同性約為150:1，然而，溝槽具有傾斜的基底，其他樣品顯示了深達40 μm、寬5 μm的溝槽，檢查圖1( b)，其中壁之間的距離大于100 μm，可以看出傾斜面不與(110)平面相交，用傾斜面測量(111)面和(110)面之間的夾角，可以看出，(110)面的傾角約為32°，而(111)面的傾角約為58°，這與與(111)和(110)平面相交的(311)平面一致，這些傾斜層也可見于Bean和Kendall在(110)硅中切割的密集溝槽，此外，條紋的末端已經(jīng)被蝕刻到其他平面上，溝槽末端的平面是(112)，圖2顯示了KOH/H2O/異丙醇在另一個晶片上的蝕刻效果，側(cè)壁蝕刻更加明顯，并且各向異性約為6∶1，蝕刻速率約為2500?/min，然而，要注意的最重要的特征是沒有傾斜的平面，在任何放大倍數(shù)下都不可能看到傾斜的平面，這一過程的腐蝕速率與Price在類似條件下測得的相似。

介紹了一種用低成本材料和設備在硅中腐蝕垂直全矩形截面溝槽的濕法腐蝕技術(shù)，如顯微照片所示，有可能產(chǎn)生具有垂直側(cè)壁和平坦底部的溝槽，該技術(shù)成功的關(guān)鍵是兩次蝕刻的結(jié)合，使得第一次蝕刻的各向同性在第二次蝕刻期間不會喪失，但是第二次蝕刻的長度足以去除傾斜平面材料，傾斜的平面看起來是反常的(311)平面，該技術(shù)已成功用于開發(fā)多種不同深寬比的溝槽，溝槽深達40 μm，窄至5 μm，如果注意掩模對準、蝕刻槽溫度和圖案化，則有可能獲得側(cè)壁完全垂直的平坦溝槽。