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介紹
使用氫氧化鉀、氫氧化四甲基銨或焦鏈烯對晶體進行堿性蝕刻，以在微機電系統(tǒng)(微電子機械結(jié)構(gòu)、太陽能電池和集成電路制造)中創(chuàng)建各種特征定義。KOH將在本節(jié)中討論。堿性化學(xué)物質(zhì)具有優(yōu)先沿著晶體取向蝕刻硅的能力。這使得用其他微加工技術(shù)(例如V形槽)制造難以制造的幾何形狀成為可能。蝕刻速率取決于硅晶面的取向，由于原子在這些取向上的排列，< 100 >和< 110 >的取向蝕刻不同于< 111 >的取向。硅< 100 >沿< 111 >晶面各向異性蝕刻，與< 100 >面成54.74°角。硅< 100 >被掩蔽蝕刻。
加工工藝學(xué)
氫氧化鉀溶液是通過將氫氧化鉀小球溶解在去離子超純晶片(去離子H2O)中制備的。提出了各種濃度的蝕刻溶液，有時使用添加劑來降低表面粗糙度；硅的蝕刻速率取決于氫氧化鉀溶液的濃度。氫氧化鉀蝕刻速率也取決于溫度。分批浸沒槽控制溫度，并能向氫氧化鉀溶液中加入水，是首選的處理方法。添加劑通常是有機的，如異丙醇(IPA)，在蝕刻過程中添加以平滑表面。
必須避免溶液中的氣泡，因為這些氣泡會掩蓋蝕刻。掩模材料通常是氮化硅(Si3N4)或二氧化硅.金或其他金屬也可以用作掩蔽材料。晶片上不應(yīng)有任何有機材料(如光刻膠)，因為這會污染氫氧化鉀溶液，因為光刻膠會腐蝕。硅對氮化硅的選擇性非常高，為了生產(chǎn)，可以假設(shè)氮化硅根本不蝕刻。然而，觀察到二氧化硅的氫氧化鉀蝕刻；蝕刻速率比硅的蝕刻速率慢得多(1-2個數(shù)量級),但在進行深度蝕刻時應(yīng)予以考慮。選擇性取決于溫度和濃度。通過調(diào)節(jié)濃度和溫度獲得的慢蝕刻速率工藝用于最大化硅對二氧化硅的選擇性。硅刻蝕速率與N型材料的摻雜無關(guān)；例如P和As，然而，對于P型摻雜，例如B，在較高的摻雜濃度下，< 110 >蝕刻速率降低。
對于硅< 100 >,在大約60℃的溫度下，在80%去離子水中20重量%氫氧化鉀的濃度下，獲得接近20米/小時的蝕刻速率。在不同濃度和溫度的氫氧化鉀中，硅、氮化硅和二氧化硅的蝕刻速率見參考文獻[3] [4]。圖2顯示了20重量%氫氧化鉀溶液的溫度與蝕刻速率的關(guān)系。在較低濃度下，約20-30%，除了獲得較高的剝離速率外，還獲得了比較高濃度下更光滑的表面。使用的最大濃度約為60 %，因為隨著濃度的增加，蝕刻速率迅速降低。此外，較低的濃度更容易控制，并為刻面蝕刻提供最佳結(jié)果。圖3顯示了濃度和溫度對不同硅取向的蝕刻速率的關(guān)系。加熱溶液會加速蝕刻速度。然而，高于60℃的溶液蒸發(fā)水分的速度更快，并且蝕刻速度大于獲得可重復(fù)結(jié)果的合理速度。將氫氧化鉀浸沒槽工藝優(yōu)化到所需的器件結(jié)果將會產(chǎn)生一個寬的工藝窗口。
鉀(鉀+)是一種堿金屬離子，與鈉(鈉)一樣，對于金屬氧化物半導(dǎo)體(金屬氧化物半導(dǎo)體)器件或任何依賴長壽命的器件(如太陽能電池)來說，鉀是一種極快擴散的壽命殺手。因此，在蝕刻完成后，氫氧化鉀蝕刻溶液必須有效地從硅表面清除。建議在氫氧化鉀處理后使用SC-1進行RCA型清洗。必須遵守適當(dāng)?shù)某绦?，以避免污染實驗室其他地方的任何金屬離子敏感工藝和設(shè)備。此外，氫氧化鉀是一種腐蝕性溶液，處理時必須注意安全。
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?應(yīng)用程序
太陽能電池
太陽能電池(光伏器件)化學(xué)蝕刻單晶硅或多晶硅，以可控地粗糙化具有隨機紋理的硅，這為光吸收提供了更多的表面積，從而提高了太陽能電池的效率。
用氫氧化鉀或其他堿性溶液進行化學(xué)蝕刻的另一個應(yīng)用是去除稱為分流的邊緣摻雜。由于磷結(jié)和氮結(jié)之間的界面不清晰，太陽能電池的效率受到漏電的影響。未受氮化硅表面保護的邊緣優(yōu)先被蝕刻，以提高電氣性能。
微電子機械系統(tǒng)
使用各向異性硅蝕刻的例子是聲學(xué)微機電系統(tǒng)的麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)的形成。麥克風(fēng)是一種薄膜，由硅基器件頂面上的小手指材料支撐，麥克風(fēng)后面的硅襯底被完全移除。使用氫氧化鉀溶液蝕刻孔比干等離子體工藝更經(jīng)濟。其他微機電系統(tǒng)傳感器也使用這種技術(shù)。
通信操作指令
存在使用氫氧化鉀蝕刻深溝槽以形成島的可能性，用于SOI材料，例如藍寶石或二氧化硅絕緣體上的硅。
改造
在研磨和拋光步驟之前，使用氫氧化鉀浴剝離多晶硅。在這個過程中，一些單晶硅也被去除。
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