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研究生:洪緯綸
研究生(外文):Wei-Lun Hung
論文名稱:濕式蝕刻溶液對矽奈米結構製造之比較研究
論文名稱(外文):Comparison of Anisotropic Etching with KOH and TMAH for Silicon Nanostructures Fabrication
指導教授:許鉦宗
指導教授(外文):Jeng-Tzong Sheu
學位類別:碩士
校院名稱:國立暨南國際大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:非等向性蝕刻氫氧化鉀四甲基氫氧化銨原子力顯微鏡奈米結構
外文關鍵詞:anisotropic etchingpotassium hydroxidetetramethyl ammonium hydroxideatomic force microscopynanostructure
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在微機電(Micro Electron Mechanical)加工製程中,非等向濕式蝕刻是很重要的製程技術之一。其主要是利用矽晶的晶格方向對各種化學藥品具有蝕刻選擇的特性,加以雕塑並完成微結構的製作。在近幾年來藉由掃瞄式探針微影術與非等向溼式蝕刻技術的結合,完成並研發出許多特殊奈米級(nanometer-scale)的結構與元件,因此非等向溼式蝕刻技術對於矽奈米元件的製作而言,亦同樣具有舉足輕重的地位。
本論文主要是研究兩種非等向蝕刻溶劑:氫氧化鉀(KOH)與四甲基氫氧化銨(TMAH)的蝕刻機制,並探討兩者在製備奈米結構時的影響,與結構的差異性。首先,會利用AFM場致氧化效應(AFM-based Field Induced Oxidation)在矽(110)單晶表面上成長奈米級的二氧化矽光罩,實驗中我們改變不同的氧化參數如:空氣濕度、探針掃描速度、探針施加在基材上的偏壓以及探針針尖與試片表面間距,藉此成長各種尺寸的奈米級氧化線;然後用氫氧化鉀以及四甲基氫氧化銨這兩種非等向蝕刻溶液,在溫度參數改變的狀況下,再輔以異丙醇(IPA)去製備奈米線(nanowires)。
在奈米製程中探討和比較這兩種非等向蝕刻溶劑的差異性;量測這兩種鹼性蝕刻液的蝕刻率與蝕刻後試片材料的表面粗糙度,進而去探討蝕刻率與表面粗糙度的密切關係。在實驗中,利用最佳的蝕刻參數去製備矽的奈米線,藉由實驗結果可看出四甲基氫氧化銨較容易去控制並製造出高深寬比的奈米結構,而氫氧化鉀卻易於蝕刻出側壁垂直的奈米結構。雖然異丙醇有助於降低蝕刻後的表面粗糙度並增加矽與二氧化矽的選擇比,但對於建構垂直側壁的矽奈米線卻無太大的幫助。在本文中藉著氫氧化鉀與四甲基氫氧化銨的蝕刻模型來驗證蝕刻率、表面粗糙度與奈米結構相互間的關係,並結合氫氧化鉀與四甲基氫氧化銨的優點,利用四甲基氫氧化銨混和溶液重量百分濃度為5%的氫氧化鉀蝕刻溶液在SOI的試片材料上完成了高為56nm,寬為10nm的矽奈米線結構。
A lot of nanostructures and nanodevices have been reported by combination of scanning probe lithography and anisotropic wet etching techniques in the recent years. Anisotropic wet etching became one of the key technologies for nanofabrication.
The purpose of this study is to figure out the etching mechanism of potassium hydroxide (KOH) solution and tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) solution for silicon nanofabrication. The nano-oxide patterns were generated by means of scanning probe lithography (SPL) on the (110)-orientation silicon wafer and used as hard mask in wet etching process. Growth of all size of nano oxide lines depends on sample bias, scanning speed, relative humidity and the separation between tip and sample surface. Chemical wet etching of the silicon in KOH solutions and TMAH solutions were adopted for nanofabrication in different temperature. The impact of isopropylalcohol (IPA) in wet etching solutions for nanostructures fabrication was also investigated. Based on the anisotropic etching results of these two alkaline solutions, TMAH was found to be a better etching solution to get higher aspect ratio of nanostructures and better surface roughness. On the other hand, KOH produced nanostructures with vertical sidewall. Addition of IPA in TMAH solution decreases surface roughness and increases selectivity between silicon and silicon dioxide. But, there is little improvement in fabrication of nanowires with vertical walls. Combination of KOH and TMAH owns the advantages of both these two solutions. A theoretical model for the silicon etching with TMAH and KOH solutions were also introduced. Silicon nanostructure with 56nm in high and 10nm in width was demonstrated in TMAH solutions with 5% KOH solutions addition.
中文摘要••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• i
英文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••iii
誌謝••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• v
目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••vi
圖目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• viii
表目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••xi
第一章 緒論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
第二章 基礎理論分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4
2-1 掃瞄式探針顯微術的氧化機制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4
2-2 溼式蝕刻的反應機制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
2-3 影響溼式蝕刻的因素••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
2-4 非等向性蝕刻的分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
2-5 蝕刻模型與理論分析 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
2-6 晶格鍵結模型 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
第三章 儀器原理與實驗方法及步驟••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
3-1 實驗目的 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
3-2 原子力顯微鏡儀器簡介 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
3-2-1 SPM系統設備 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
3-2-2 規格與構成 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22
3-2-3 實驗材料 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29
3-2-4 操作環境 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29
3-3 原子力顯微鏡工作原理•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••30
3-4 vector scan ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
3-5 實驗步驟與掃描式探針微影技術操作法•••••••••••••••••••••••••••••••••35
第四章 實驗結果與討論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••37
4-1 場致氧化參數的影響•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••37
4-2 矽晶面的蝕刻速率與表面粗糙度•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••43
4-3 矽與二氧化矽的選擇比•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••45
4-4 異丙醇的影響•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46
4-5 蝕刻反應的比較•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••52
4-6 奈米線的製作與結構的分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••53
4-7 改善奈米結構的研究•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••57
第五章 結論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••61
參考資料•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••62
[1] M. A. McCord, R. R. W. Pease, “High resolution, low-voltage probes from a field emission source close to the target plane,” J. Vac. Sci. Technol. B 3,198 (1985).
[2] M. A. McCord, R. R. W. Pease, “Lithography with the scanning tunneling microscope,” J. Vac. Sci. Technol. B 4,86 (1986).
[3] J. A. Dagata, J. Schneir, H. H. Harary, “Modification of hydrogen-passivated silicon by a scanning tunneling microscope operating in air,” Appl. Phys. Lett. 56,2001 (1990).
[4] Liming Tsau, Dawen Wang, K. L. Wang, “Nanometer scale patterning of silicon (100) surfaces by an atomic force microscope operating in air,” Appl. Phys. Lett. 64,2133 (1990).
[5] Frank, F.C., “On the kinematic theory of crystal growth and dissolution process,” Growth and Perfection of Crystals, Wiley Press, 411 (1958).
[6] Frank, F. C. and Ives, M. B., “Orientation-dependent dissolution of germanium,” Journal of Applied Physics 31,1996 (1960).
[7] Kendall, D.L., “On etching very narrow grooves in silicon,” Applied Physics Letters 26,195 (1975).
[8] H. Seidel, L. Csepregi, “Anisotropic etching of crystalline silicon in alkaline solutions,” J. Electrochem. Soc 137,3612 (1990).
[9] Seidel, H., Csepregi, L., Heuberger, A. and Baumgärtel, H., “Anisotropic etching of crystalline silicon in alkaline solution-Part II. Influence of dopants,” Journal of Electrochemical Society 137,3626 (1990).
[10] Tabata, O., “Anisotropy and selectivity control of TMAH,” Micro Electro Mechanical Systems, 1998. MEMS 98. Proceedings, 229, (1999).
[11] Tabata, O., “pH-controlled TMAH etchants for silicon micromachining,” Sensors and Actuators A 53,335 (1996).
[12] O. Tabata, R. Asahi, “Anisotropic Etching of Si in TMAH Solutions,” Sensors and Actuators A 34,51 (1992).
[13] Trieu, H. K. and Mokwa, W., “A generalized model describing corner undercutting by the experimental analysis of TMAH/IPA,” Journal of Micromechanical and Microengineering 8,80 (1998).
[14] Sato, K., Shikida, “Characterization of orientation-dependent etching properties of single-crystal silicon: effects of KOH concentration,” Sensors and Actuators A 64,87 (1998).
[15] Sato, K., Shikida, M., Yamashiro, T., Asaumi, K., Iriye, Y. and Yamamoto, M., “Anisotropic etching rates of single-crystal silicon for TMAH water solution as a function of crystallographic orientation,” Sensors and Actuators 73,131 (1999).
[16] I. Zubel, “Silicon anisotropic etching in alkaline solutions III: on the possibility of spatial structures forming in the course of Si(1 0 0) anisotropic etching in KOH and KOH + IPA solutions,” Sensors and Actuators A 84,116 (2000).
[17] I. Zubel, “Silicon anisotropic etching in alkaline solutions IV: the effect of organic and inorganic agents on silicon anisotropic etching process,” Sensors and Actuators A 87,163 (2001).
[18] I. Zubel, “The influence of atomic configuration of (h k l) planes on adsorption processes associated with anisotropic etching of silicon,” Sensors and Actuators A 94,76 (2001).
[19] I. Zubel, “The effect of isopropyl alcohol on etching rate and roughness of (1 0 0) Si surface etched in KOH and TMAH solutions,” Sensors and Actuators A 93,138 (2001).
[20] N. Cabrera, N. F. Mott, ”Theory of the oxidation of metals,” Rep.Prog.Phys. 12,163 (1948).
[21] F. Marchi, V. Bouchiat, ”Growth of silicon oxide on hydrogenated silicon during lithography with an atomic force microscope,” J. Vac. Sci. Technol. B 16,2952 (1998).
[22] 賴東彥, 國立清華大學碩士論文 (2001).
[23] 葉昇平, 國立雲林科技大學碩士論文 (2002).
[24] S. M. Sze, Semiconductor Device: Physics and Technology, 544.
[25] K. E. Bean, P. S. Gleim, Proc. IEEE, 1469 (1969).
[26] E. S. Snow, D. Park, P. M. Campbell, ”Single-atom point contact devices fabricated with an atomic force microscope,” Appl. Phys. Lett. 69,269 (1996).
[27] 陳志嘉, 國立清華大學碩士論文 (2001).
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