《炬丰科技-半导体工艺》硅纳米柱与金属辅助化学蚀刻的比较

摘要：MacEtch 是一种湿法蚀刻工艺，可提供对取向、长度、形态等结构参数的可控性，此外，它是一种制造极高纵横比半导体纳米结构的简单且低成本的方法。 3 该工艺利用了在氧化剂（例如过氧化氢 (H2O2)）和酸（例如氟化氢 (HF)）的混合溶液中，使用贵金属（例如 Au、Ag 或 Pt）蚀刻其下方的硅。1，3图1描绘了MacEtch过程的示意图。图 2 显示了 MacEtch 工艺流程。从图 1 中可以看出，通过 H2O2 的还原在 Au 层上产生电子空穴，并在 Si 和 Au 层之间的界面处注入到 Si 衬底中。HF 将通过形成六氟化硅离子 (SiF2-) 溶解掉氧化的硅原子。由于贵金属的催化特性，贵金属下方的蚀刻速率远高于没有金属时的蚀刻速率，因此当半导体正被蚀刻在下方时，金属层会下降到半导体中。4 本报告描述了使用 MacEtch 工艺制造 100 到 1000 nm 的纳米柱。

电子束光刻：硅晶片用 BOE 浴清洗 1 分钟，然后用去离子水冲洗。将 100 nm 厚的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 膜（正性电子束抗蚀剂）以 1500 rpm 的速度旋涂 45 秒，然后在热板上在 180 ℃下烘烤 5 分钟。对于电子束光刻，加速电压为 50 kV，束电流为 100 pA，物镜孔径为 40 µm。电子束剂量为 200 µC/cm2，在 300⨯300 µm2 区域，总点数为 60000⨯60000 时，剂量时间为 2 微秒（使用 Beamer，间距尺寸 = 2）6。在 Beamer 上进行了色调反转。曝光的 PMMA 薄膜在 IPA:DI 水 (3:1) 中显影 60 秒，然后在 IPA 中冲洗 60 秒。文章全部详情，请加V获取：hlknch / xzl1019

AU沉积和剥离：使用负载锁定 PVD-75 电子束蒸发器（Kurt J. Lesker）以 2.0 Å 的沉积速率，在约 8.0 x 10-8 Torr 的基本压力下将 5 nm 和 20 nm 厚的 Au 膜沉积到开发的 PMMA 膜上/秒。通过在丙酮中对样品进行超声处理几秒钟，使用剥离去除 PMMA 膜，然后使用氮气枪干燥，只留下直接沉积在 Si 晶片上的 Au 膜。图 5 显示了 (a) 显影的 PMMA 膜、(b) 沉积在显影的 PMMA 膜上的 5 nm 厚 Au 膜和 (c) 剥离工艺后 20 nm 厚的 Au 膜的 SEM 图像。

金属辅助化学蚀刻：为了进行 MacEtch，将带有 Au 图案的 Si 晶片浸入乙醇、HF（49 wt%）和 H2O2（30 wt%）的 1:1:1 (v/v) 混合物中 5 分钟。然后用去离子水冲洗样品，并用氮气枪干燥。表 1 还显示了由 MacEtch 蚀刻的 Au 涂层区域和蚀刻速率。