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? ? ? 氫氧化鉀(KOH)是一種用于各向異性濕法蝕刻技術(shù)的堿金屬氫氧化物，是用于微加工硅片的最常用的硅蝕刻化學(xué)物質(zhì)之一。各向異性蝕刻優(yōu)先侵蝕基底。也就是說(shuō)，它們?cè)谀承┓较蛏系奈g刻速率比在其他方向上的蝕刻速率高，而各向同性蝕刻(如高頻)會(huì)在所有方向上進(jìn)行。使用氫氧化鉀工藝是因?yàn)樗谥圃熘械目芍貜?fù)性和均勻性，同時(shí)保持低生產(chǎn)成本。異丙醇(IPA)經(jīng)常被添加到溶液中，以改變從{110}壁到{100}壁的選擇性，并提高表面光滑度。
? ? ? 使用氫氧化鉀蝕刻有一些缺點(diǎn)。最大的問(wèn)題是蝕刻過(guò)程中H2氣泡的產(chǎn)生。這些H2泡沫充當(dāng)了一個(gè)假面具。這增加了粗糙度，并可能損壞微結(jié)構(gòu)。與氫氧化鉀蝕刻相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是氫氧化鉀含有堿離子。KOH是MOS器件的終身殺手。至關(guān)重要的是，那些使用氫氧化鉀的人要小心不要污染任何其他工藝。氫氧化鉀還會(huì)腐蝕鋁，這可能是片上電路的一個(gè)問(wèn)題。
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堿性氫氧化鉀蝕刻特性
? ? ? 氫氧化鉀蝕刻的蝕刻速率受硅晶體取向的嚴(yán)重影響。這是因?yàn)樗母飨虍愋浴?/span>圖1為70?C下的氫氧化鉀濃度。括號(hào)內(nèi)的數(shù)字是相對(duì)于（110）的標(biāo)準(zhǔn)化值。
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圖1 不同晶體取向和氫氧化鉀濃度的硅刻蝕率
? ? ? (110)平面是最快的蝕刻主表面，而(111)平面是迄今為止最慢的蝕刻平面。這被認(rèn)為是由于理想的(110)表面具有比(100)和(111)主表面更不均勻的原子結(jié)構(gòu)；而(111)是緊密堆積的，每個(gè)原子只有一個(gè)懸掛鍵，總體上原子級(jí)平坦。
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氫氧化鉀蝕刻速率與成分和溫度的關(guān)系?
? ? ? 蝕刻速率隨著溫度的升高而增加；然而，隨著蝕刻速率的增加，會(huì)導(dǎo)致不太理想的蝕刻行為。當(dāng)氫氧化鉀濃度增加超過(guò)18wt%時(shí)，蝕刻速率降低。這是因?yàn)榘l(fā)生了蝕刻反應(yīng)。當(dāng)強(qiáng)堿，如氫氧化鉀(含有豐富的氫氧離子)存在時(shí)，硅-硅鍵斷裂。這種蝕刻導(dǎo)致Si(OH)4的形成、四個(gè)水分子的消耗和兩個(gè)氫氣分子的釋放。隨著溶液中水含量的降低，反應(yīng)受到限制。圖2是硅取向與成分百分比、溫度和取向相關(guān)的蝕刻率。
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圖2 硅取向-氫氧化鉀的依賴(lài)性蝕刻率與成分、溫度和取向的百分比
KOH
? ? ? 在（100）硅上的晶片平面上與<110>方向?qū)R的矩形開(kāi)口導(dǎo)致暴露的{100}平面蝕刻迅速，而{111}平面蝕刻緩慢。結(jié)果，{111}平面顯示，與晶圓平面形成54.7°角。隨著蝕刻的繼續(xù)，{111}飛機(jī)最終將相遇，創(chuàng)造一個(gè)“V”凹槽。蝕刻不是零，所以確實(shí)會(huì)發(fā)生一些切割。一個(gè)類(lèi)似于矩形掩模對(duì)齊的正方形掩模將導(dǎo)致一個(gè)金字塔形的坑。
? ? ? KOH各向異性蝕刻的另一個(gè)特征是掩模上有凸角。當(dāng)掩模具有凸起的拐角時(shí)，構(gòu)成拐角的{111}平面被蝕刻掉。如果允許該蝕刻完成，掩模層被完全底切，并且掩模被留在“V”形槽坑上方。根據(jù)圣圖里亞的說(shuō)法，對(duì)此可能的解釋是{111}面通常有一個(gè)懸掛的表面原子鍵。在兩個(gè){111}面相交的拐角處，必須存在兩個(gè)懸空鍵。這些被蝕刻掉，導(dǎo)致其他快速蝕刻平面暴露出來(lái)。
? ? ? 對(duì)此，一個(gè)可能的解釋是，{111}平面通常有一個(gè)懸掛的表面原子鍵。在兩架飛機(jī)相遇的角落，必須有兩個(gè)懸掛的鍵。這些被蝕刻掉，導(dǎo)致其他快速蝕刻的平面被暴露出來(lái)。
? ? ? 這種下切割特征也存在于其他形狀中。例如，蝕刻橢圓掩模產(chǎn)生一個(gè)矩形v凹坑，其邊緣與<110>方向?qū)R。由于這種不足，可能會(huì)發(fā)生許多關(guān)于掩碼對(duì)齊的問(wèn)題。一個(gè)非常小的旋轉(zhuǎn)誤差可以導(dǎo)致特征被削弱和大大擴(kuò)大的。
? ? ? 氫氧化鉀蝕刻通常使用三種掩模材料——氮化硅、二氧化硅和硼摻雜(磷+)硅。氮化硅在氫氧化鉀中幾乎不蝕刻，二氧化硅在85℃的20重量%氫氧化鉀中以大約1.4納米/分鐘的速率蝕刻，并且p+硅根據(jù)蝕刻劑濃度和溫度給出10∶1到100∶1之間的蝕刻減少。