書籍：《炬豐科技-半導體工藝》

文章：硅納米柱與金屬輔助化學蝕刻的比較

編號：JFSJ-21-015

作者：炬豐科技

摘要：MacEtch 是一種濕法蝕刻工藝，可提供對取向、長度、形態(tài)等結構參數(shù)的可控性，此外，它是一種制造極高縱橫比半導體納米結構的簡單且低成本的方法。 3 該工藝利用了在氧化劑（例如過氧化氫 (H2O2)）和酸（例如氟化氫 (HF)）的混合溶液中，使用貴金屬（例如 Au、Ag 或 Pt）蝕刻其下方的硅。1，3圖1描繪了MacEtch過程的示意圖。圖 2 顯示了 MacEtch 工藝流程。從圖 1 中可以看出，通過 H2O2 的還原在 Au 層上產(chǎn)生電子空穴，并在 Si 和 Au 層之間的界面處注入到 Si 襯底中。HF 將通過形成六氟化硅離子 (SiF2-) 溶解掉氧化的硅原子。由于貴金屬的催化特性，貴金屬下方的蝕刻速率遠高于沒有金屬時的蝕刻速率，因此當半導體正被蝕刻在下方時，金屬層會下降到半導體中。4?本報告描述了使用 MacEtch 工藝制造 100 到 1000 nm 的納米柱。

電子束光刻：硅晶片用 BOE 浴清洗 1 分鐘，然后用去離子水沖洗。將 100 nm 厚的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 膜（正性電子束抗蝕劑）以 1500 rpm 的速度旋涂 45 秒，然后在熱板上在 180 ℃下烘烤 5 分鐘。對于電子束光刻，加速電壓為 50 kV，束電流為 100 pA，物鏡孔徑為 40 μm。電子束劑量為 200 μC/cm2，在 300?300 μm2 區(qū)域，總點數(shù)為 60000?60000 時，劑量時間為 2 微秒（使用 Beamer，間距尺寸 = 2）6。在 Beamer 上進行了色調(diào)反轉。曝光的 PMMA 薄膜在 IPA:DI 水 (3:1) 中顯影 60 秒，然后在 IPA 中沖洗 60 秒。

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AU沉積和剝離：使用負載鎖定 PVD-75 電子束蒸發(fā)器（Kurt J. Lesker）以 2.0 ? 的沉積速率，在約 8.0 x 10-8 Torr 的基本壓力下將 5 nm 和 20 nm 厚的 Au 膜沉積到開發(fā)的 PMMA 膜上/秒。通過在丙酮中對樣品進行超聲處理幾秒鐘，使用剝離去除 PMMA 膜，然后使用氮氣槍干燥，只留下直接沉積在 Si 晶片上的 Au 膜。圖 5 顯示了 (a) 顯影的 PMMA 膜、(b) 沉積在顯影的 PMMA 膜上的 5 nm 厚 Au 膜和 (c) 剝離工藝后 20 nm 厚的 Au 膜的 SEM 圖像。

金屬輔助化學蝕刻：為了進行 MacEtch，將帶有 Au 圖案的 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 分鐘。然后用去離子水沖洗樣品，并用氮氣槍干燥。表 1 還顯示了由 MacEtch 蝕刻的 Au 涂層區(qū)域和蝕刻速率。

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