氫氧化鉀蝕刻 （KOH）是制造微型器件的一個重要工藝，用于從硅片上去除材料。選擇性地蝕刻硅片的某些部分，用一層二氧化硅或掩膜來保護(hù)剩下的部分。然而，殘留物的存在成為這種技術(shù)的一個缺點，因為它會對器件的制造過程產(chǎn)生負(fù)面影響。在這篇博客中，我們提出了一種利用蝕刻殘留物的方法，將其作為后續(xù)蝕刻的掩膜，以制造兩層微結(jié)構(gòu)。我們還提供了如何有效地利用掃描電鏡SEM對這些微結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像的例子。

　　KOH化學(xué)硅蝕刻技術(shù)

　　蝕刻是微加工中一個非常重要和關(guān)鍵的過程，在此過程中，材料通過蝕刻劑在硅片表面進(jìn)行化學(xué)去除。蝕刻有兩種： 濕蝕刻，蝕刻劑是液體，和干蝕刻，蝕刻劑是等離子體。干蝕刻是各向異性的，因此在蝕刻材料中形成垂直側(cè)壁，如圖1a所示。在另一方面，濕蝕刻劑通常是各向同性，這意味著蝕刻在各個方向都是均勻的，產(chǎn)生圓壁和削弱效果，如圖1b所示。

　　KOH是一種液相蝕刻劑，在晶體平面上是各向異性的。因此，它對硅片的晶體取向很敏感，產(chǎn)生梯形截面腔，如圖1c所示。KOH蝕刻的主要缺點之一是殘留物的沉積，這是由蝕刻劑和被移出材料之間的相互作用所造成的： 是這項技術(shù)最薄弱的一點。

圖1: 生成的基體橫截面示意圖，（a） 完美各向異性的侵蝕，（b）一個完全各向同性的侵蝕，（c）一個濕蝕刻的各向異性腐蝕劑

　　實驗結(jié)果

　　在最近出版的一篇文章中，Han Lu et al. 描述了他們對用KOH 方法硅的單步各向異性濕蝕刻所制備兩層微結(jié)構(gòu)的研究。這可以通過在隨后的KOH蝕刻中的殘留物作為掩膜來實現(xiàn)。如圖2所示，不同的微觀結(jié)構(gòu)可以用KOH蝕刻制作。（Micromachines 2016, 7, 19; doi:10.3390）

　　在a - b中，由KOH蝕刻制作的單層微金字塔，在c - d兩層的微金字塔中，KOH蝕刻使用殘留物作為第二掩膜層。在這兩種情況下，硅片上都覆蓋著二氧化硅層。這是由光學(xué)光刻技術(shù)，使用氫氟酸蝕刻產(chǎn)生的。二氧化硅層作為之后KOH蝕刻步驟的掩模。在圖2的右側(cè)，蝕刻步驟的殘留物被用作制造兩層微結(jié)構(gòu)的掩模。

圖2:  （a） 和 （b） 沒有殘留物作為第二蝕刻掩膜，（c ）和（d）有第二蝕刻掩膜的制備工藝流程和SEM 成像

　　通過掃描電鏡成像觀察不同的微結(jié)構(gòu)

　　通過調(diào)整一些蝕刻參數(shù)，例如時間（如圖3所示的SEM圖像）和KOH濃度（如圖4所示），可以制作出不同形狀的微結(jié)構(gòu)。

　　在第一種情況下，溫度影響到微金字塔的高度和墻壁結(jié)構(gòu)。通過改變濃度，微觀結(jié)構(gòu)的形狀從正方形變?yōu)榘私切?，方角變?yōu)榱藞A形。

圖3: 通過 SEM 對在不同時間段KOH 蝕刻用殘馀層作為掩模的成像

圖4: 通過SEM 圖像了解不同濃度的 KOH蝕刻用殘留層作為掩模

　　從圖2、圖3和圖4中可以看出，掃描電鏡 （SEM） 非常適合對微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。它有助于了解單個因素及其在整個蝕刻過程中的影響，從而有助于構(gòu)建微結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸。在全球范圍內(nèi)，SEM提供了一種強大的方法來獲得視覺表征，并通過調(diào)整制造技術(shù)的參數(shù) （在本例中是KOH蝕刻） ，來證明微結(jié)構(gòu)的質(zhì)量差異性。