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(jiǎn)單技術(shù)，通過(guò)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(duì)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(shè)備、材料和加工步驟都已列出。

當(dāng)研究沉積膜的階梯覆蓋時(shí)，一種常見的測(cè)試結(jié)構(gòu)是溝槽或凹槽，對(duì)于大多數(shù)基于等離子體的蝕刻技術(shù)來(lái)說(shuō)，很難實(shí)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(duì)單晶進(jìn)行構(gòu)圖，并進(jìn)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(duì)于Si，它通常是(111)面]，產(chǎn)生高達(dá)600:1的蝕刻各向異性，這項(xiàng)工作選擇(110)晶片取向，因?yàn)?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(diǎn)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(gè)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(xiàng)技術(shù)需要最少的設(shè)備，其中大部分都是現(xiàn)成的，唯一的專用設(shè)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(guò)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(jìn)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(shè)計(jì)的，由1.041厘米×0.512厘米的鉻圖案模具組成，每個(gè)芯片由74組5個(gè)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(gè)測(cè)試圖形放入晶片的外圍和中心，用于蝕刻過(guò)程的定量，尺寸公差、光致抗蝕劑曝光、晶片定向標(biāo)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)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(gè)工藝的硅∶二氧化硅蝕刻選擇性約為3000∶1。

一旦掩模層生長(zhǎng)，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(duì)準(zhǔn)夾具中。夾具由兩個(gè)鋁框組成，可以緊緊地夾在一起，在夾具的一半上有一個(gè)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(jìn)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(hù)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(guò)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(guò)氧化氫的溫度和使用時(shí)間，可能沒(méi)有必要使用外部熱源)建議在不使用過(guò)氧化氫時(shí)將其冷藏，以延長(zhǎng)其使用壽命，一旦晶片被加入到溶液中，溶液就會(huì)變黃，但是一旦光刻膠被完全去除，溶液就會(huì)變得清澈，在光刻膠剝離過(guò)程中，硅上會(huì)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(lái)的兩步是制造過(guò)程中最關(guān)鍵的:兩次KOH蝕刻，溫度容差非常嚴(yán)格，因?yàn)樵?0°C范圍內(nèi)，蝕刻速率的變化可能超過(guò)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(jìn)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(lái)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(dá)到適當(dāng)?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(jìn)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(guò)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(diǎn)是84攝氏度，所以洗澡時(shí)一定要保持在這個(gè)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(zhǎng)的蝕刻風(fēng)險(xiǎn)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(guò)程完成(見圖3)。

圖1示出了具有(111)對(duì)準(zhǔn)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(duì)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(dá)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(cè)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(gè)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(méi)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(guò)程的腐蝕速率與Price在類似條件下測(cè)得的相似。

介紹了一種用低成本材料和設(shè)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(huì)喪失，但是第二次蝕刻的長(zhǎng)度足以去除傾斜平面材料，傾斜的平面看起來(lái)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(dá)40 μm，窄至5 μm，如果注意掩模對(duì)準(zhǔn)、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。