為了獲得大高寬比的硅納米結(jié)構(gòu),結(jié)合電子束光刻和等離子刻蝕方法制備厚度為5 nm/20 nm的Ti/Au微納結(jié)構(gòu),然后以氫氟酸、去離子水和雙氧水作為腐蝕液,利用各向異性金屬輔助化學(xué)腐蝕制備大高寬比硅納米結(jié)構(gòu),并進行了實驗驗證。研究了雙氧水的濃度和腐蝕溫度對硅納米結(jié)構(gòu)形貌的影響,分析了大高寬比硅納米結(jié)構(gòu)的金屬輔助化學(xué)腐蝕機理。實驗結(jié)果表明:在較低的雙氧水濃度和較低的腐蝕溫度下,可以形成側(cè)壁陡直、光滑的大高寬比硅納米結(jié)構(gòu),在納米光柵結(jié)構(gòu)和陣列結(jié)構(gòu)的X射線掩模制造中顯示出其優(yōu)越性�；跉浞�、去離子水和雙氧水的濃度分別為4.8、50和0.12 mol/L的腐蝕液,在2℃下進行金屬輔助化學(xué)腐蝕,得到了高度為4.2μm的300 nm特征尺寸的硅納米柱結(jié)構(gòu),對應(yīng)高寬比為14∶1。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020年12期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

工藝流程圖

圖2顯示了不同H2O2濃度下刻蝕的硅納米結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡（SEM）圖。HF和去離子水濃度分別固定在4.8和50 mol/L，典型的H2O2濃度分別為0.12、0.3和0.6 mol/L。由圖2可以看出，橫向刻蝕程度和縱向刻蝕程度都隨著H2O2濃度的增加而增加。當(dāng)H2O2濃度達到0.3 mol/L時，側(cè)壁開始出現(xiàn)針孔，針孔的密度隨著H2O2濃度的增加而增大，同時圖2 (b）還顯示，陣列結(jié)構(gòu)表面粗糙度比較大。這可以用金輔助腐蝕過程的反應(yīng)機理來解釋，由式（1）可知，生成的空穴數(shù)量隨著H2O2濃度的增加而增加，從而導(dǎo)致硅的縱向刻蝕速率增加。然而當(dāng)H2O2濃度達到0.6 mol/L時，如圖2 (c）所示，產(chǎn)生的空穴不能在硅和Ti/Au的界面完全被消耗，這些多余的空穴會在橫向方向擴散，導(dǎo)致橫向刻蝕增強。因此，為了能夠得到光滑垂直的硅結(jié)構(gòu)，限制H2O2在腐蝕液中的濃度非常重要。為此這里選擇的H2O2濃度為0.12 mol/L，主要原因是一方面可以限制橫向方向硅的腐蝕，另一方面可以適當(dāng)兼顧垂直方向的刻蝕速率，從而得到垂直的硅納米結(jié)構(gòu)。2.3 腐蝕溫度對MacEtch工藝的影響

溫度對刻蝕速率的影響也非常大。受到實驗條件的限制，選擇了兩個典型的溫度，常溫22℃和低溫2℃，得到的硅納米結(jié)構(gòu)形貌的SEM圖如圖3所示。相同的兩個樣品，Ti/Au結(jié)構(gòu)特征線寬300 nm，周期600 nm，同時放入常溫（22℃）腐蝕液和低溫（2℃）腐蝕液中，腐蝕液完全相同，HF、去離子水和H2O2濃度分別為4.8、50和0.12 mol/L�？梢钥闯�，在常溫腐蝕液中，縱向和橫向的腐蝕速率都會增大。在4 min內(nèi)，常溫MacEtch獲取的納米柱腐蝕深度為5.73μm，如圖3 (a）所示。圖3 (b）為低溫MacEtch獲取的納米柱頂部結(jié)構(gòu)SEM圖。為了更清楚地顯示納米柱的高寬比，SEM測試采用30°傾斜角度觀測納米柱截面，腐蝕深度為4.2μm，對應(yīng)的高寬比為14∶1，如圖3 (c）所示，可看出陣列結(jié)構(gòu)表面粗糙度有顯著改善。由于納米柱之間間隙和納米柱邊長一樣，因此SEM圖顯示納米粒呈現(xiàn)片狀�？涛g速率隨著溫度的增大主要有兩個因素：第一個是金屬半導(dǎo)體接觸中空穴的注入速率隨著溫度的升高而增加，從而導(dǎo)致刻蝕速率的增加；第二個是硅材料在腐蝕液中化學(xué)反應(yīng)的速度也會隨著溫度的增加而增大，這兩個因素共同作用導(dǎo)致刻蝕速率隨著溫度升高而增大。但由于腐蝕速度過快，產(chǎn)生氣體速度過快，導(dǎo)致金結(jié)構(gòu)在反應(yīng)過程中不能與硅同時接觸，因此在結(jié)構(gòu)底部產(chǎn)生不平整的現(xiàn)象。3 結(jié)論

【參考文獻】：
期刊論文
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