测量硅蚀刻速率的简单方法

2024-02-16 19:59

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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=

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