测量硅蚀刻速率的简单方法

本文提出了一种利用原子力显微镜(AFM)测量硅蚀刻速率的简单方法，应用硅表面的天然氧化物层作为掩膜，通过无损摩擦化学去除部分天然氧化物，暴露底下新鲜硅。因此，可以实现在氢氧化钾溶液中对硅的选择性蚀刻，通过原子精密的AFM可以检测到硅的蚀刻深度，从而获得了氢氧化钾溶液中精确的硅蚀刻速率。

首先，在乙醇中通过超声波清洗硅基底，使用原子力显微镜，在潮湿空气（相对湿度≃50%）划伤二氧化硅尖端后，通过摩擦化学去除清洁硅基板表面3×3μm2方形区域内的天然氧化物，如图1所示，磨损面积的深度为∼2nm，超过了天然氧化硅的厚度，因此，四方形区域的新鲜底下硅原子被暴露出来，利用真空中的氮化硅尖端进行AFM表面形貌扫描，确定了硅基底表面的方形区域的表面形貌和方形区域的深度d0。

图1

第二，经过初始表面形貌扫描后，将处理后的硅衬底在室温下用一定pH的制备的氢氧化钾溶液中浸泡一定时间，硅(Si-100)的蚀刻率是氧化硅的185倍，而低浓度氢氧化钾溶液中氧化硅的蚀刻率极低。因此，在短时间内，氢氧化钾溶液几乎无法蚀刻天然氧化硅，但暴露的新鲜底下硅可以明显地蚀刻，经过一段时间后，取出硅衬底，然后用超纯水冲洗，然后，通过AFM扫描蚀刻后的硅衬底表面，得到四方形面积的深度d1。

最后，在氢氧化钾溶液中蚀刻后，可以估计硅面积的蚀刻深度，蚀刻深度Δd为d0与d1之间的差值(Δd=