硅基三維結(jié)構(gòu)電化學(xué)腐蝕技術(shù)及機(jī)理研究.pdf

1、電化學(xué)腐蝕技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的新興濕化學(xué)硅基三維結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，與干法刻蝕技術(shù)相比較，電化學(xué)腐蝕技術(shù)的加工成本更為低廉，且制作工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，但是對(duì)于高深寬比的垂直微結(jié)構(gòu)的制作上，這項(xiàng)技術(shù)是以圖形間孔壁的空穴耗盡為基礎(chǔ)。目前制作出垂直的結(jié)構(gòu)間距小于20μm，這限制了電化學(xué)腐蝕技術(shù)對(duì)于間距為300μm的大間距周期性圓孔結(jié)構(gòu)、凸角結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)的制備上的應(yīng)用，所以本課題有研究開(kāi)展的必要性。本文對(duì)硅基大間距圖形的電化學(xué)腐蝕形貌及機(jī)理進(jìn)行了深入分

2、析，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了磁場(chǎng)輔助電化學(xué)腐蝕技術(shù)研究。
　　 在KOH腐蝕系統(tǒng)中加上直流電場(chǎng)，研究KOH溶液腐蝕的特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電場(chǎng)完全改變了KOH溶液的各向異性腐蝕性能，制備出較好的圓孔陣列，克服了傳統(tǒng)KOH各向異性腐蝕受晶格限制的局限性。在HF與二甲基甲酰胺（DMF）混合腐蝕液腐蝕系統(tǒng)中，以P（100）基底的單面拋光硅片作為基底村料，通過(guò)對(duì)不同掩模形狀進(jìn)行單步電化學(xué)腐蝕不同時(shí)間，獲得了帶有完好凸角的方形和梯形結(jié)構(gòu)，從而得出用

3、單步電化學(xué)法制作凸角結(jié)構(gòu)，不需要任何掩模補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，并且不受腐蝕時(shí)間和晶格限制，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。
　　 基于霍爾效應(yīng)理論，將磁場(chǎng)應(yīng)用于電化學(xué)腐蝕環(huán)境中，在磁場(chǎng)方向與電流方向垂直情況下，分別研究了磁場(chǎng)對(duì)N（100）、P（100）及帶有N型外延層的P（111）基底的影響。對(duì)于高摻雜的N（100）基底，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，腐蝕的圖形側(cè)壁陡直性提高；與N（100）基底相比較，P（100）基底的縱向腐蝕速率高，側(cè)向腐蝕速率低?；谝陨细?/p>

4、蝕規(guī)律，在P（100）基底上，在垂直磁場(chǎng)強(qiáng)度為72mT，腐蝕電流為0.04A的條件下制備出陡直的圓形結(jié)構(gòu)?；陔娏€在絕緣掩蔽層處發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，為了提高微結(jié)構(gòu)的陡直性，選用N型硅膜作為掩蔽層，用垂直磁場(chǎng)輔助電化學(xué)法腐蝕出圖形側(cè)壁與基底有明顯底切線的方形和圓形結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)輔助電化學(xué)法克服了傳統(tǒng)電化學(xué)腐蝕法無(wú)法制作垂直大間距圖形的局限性，是制造三維結(jié)構(gòu)的高效低成本的有效方法。
　　 另外，研究了電化學(xué)法腐蝕大間距圖形時(shí)的邊緣效應(yīng)機(jī)制

5、。在實(shí)驗(yàn)中將圖形放在熱KOH溶液預(yù)腐蝕8min后經(jīng)電化學(xué)腐蝕，結(jié)構(gòu)邊緣出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象；采用圖形背面掩模限制電流流通路徑的方法，結(jié)果表明背面掩模對(duì)邊緣效應(yīng)有一定程度的消弱，但沒(méi)有徹底根除，原因是電流在有一定厚度的硅片中不是完全沿直線運(yùn)動(dòng)，而是存在一定的散射。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，初步建立了相應(yīng)空間電荷幾何分布模型來(lái)解釋未耗盡空穴是邊緣效應(yīng)的主要原因，為電化學(xué)腐蝕技術(shù)的應(yīng)用提供一些理論參考。
　　 為了證實(shí)電化學(xué)腐蝕技術(shù)的局限性，用電化