Silicon (SI) er et kernemateriale i halvlederindustrien, og dets behandlingsteknologi er afgørende for udviklingen af mikroelektronik og mikroelektromekaniske systemer (MEMS). I behandlingen af silicium er ætsningsteknologi et af de vigtigste trin til at opnå komplekse mikro-nano-strukturer. Imidlertid er ætsningshastigheden af silicium ikke ensartet, men meget afhængig af krystalens orientering (krystalretning). Denne krystalorienteringsafhængighed er et direkte resultat af forskellene i arrangementstætheden og kemisk bindingsorientering af siliciumatomer på forskellige krystalfly. Denne artikel vil diskutere detaljeret forholdet mellem siliciumetsningshastighed og krystalorientering og analysere dens praktiske anvendelse i mikro-nano-behandling.
Siliciumkrystallstruktur og krystalorientering
Silicium er en krystal med en diamantstruktur, og dens atomarrangement viser betydelige forskelle på forskellige krystalfly. Almindelige krystalfly inkluderer (100), (110) og (111) fly.
(100) Krystalplan: Atomarrangementet er relativt løs, og de kemiske bindinger er mere udsatte.
(110) Krystalplan: Atometætheden er mellem (100) og (111).
(111) Krystalplan: Atomarrangementet er det mest kompakte, og de kemiske bindinger er vanskelige at blive angrebet af ætsningen.
Forskellene i atomarrangement af disse krystalfly påvirker direkte ætsningshastigheden, hvilket gør ætsningsadfærden for forskellige krystalfly til at vise signifikant anisotropi.
Krystalorienteringsafhængighed ved våd ætsning
Våd ætsning er en af de almindeligt anvendte teknikker i siliciumforarbejdning, især i anisotropisk ætsning. Almindeligt anvendte ætsende stoffer inkluderer alkaliske opløsninger, såsom KOH (kaliumhydroxid) og TMAH (tetramethylammoniumhydroxid). Ætsningshastighederne for forskellige krystalfly varierer markant:
(100) Krystalplan: På grund af det løse arrangement af atomer er ætsningshastigheden den hurtigste.
(110) Krystalplan: ætsningshastigheden er hurtigere, men lidt lavere end (100) planet.
(111) Krystalplan: På grund af det tætte arrangement af atomer er ætsningshastigheden den langsomste
For eksempel i KOH -opløsning er ætsningshastighedsforholdet normalt (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Denne anisotrope egenskab gør det muligt for våd ætsning at nøjagtigt kontrollere strukturmorfologien på siliciumskiver.
Krystalorienteringsafhængighed ved tør ætsning
Tør ætsning (såsom plasma -ætsning og dyb reaktiv ionetsning) udviser normalt stærkere anisotropi, men dens krystalorienteringsafhængighed er svagere. Tør ætsning opnår hovedsageligt fjernelse af materiale ved at kombinere fysisk bombardement og kemisk reaktion, så påvirkningen af krystalorientering afspejles hovedsageligt i kontrol af sidevægsmorfologi.
Nøglefaktorer, der påvirker silicium ætsningshastighed
Foruden krystalorientering påvirkes også silicium ætsningshastighed af følgende faktorer:
Temperatur: Forøgelse af temperaturen fremskynder generelt ætsningsreaktionen, men forholdet mellem ætsningshastigheder for hvert krystalplan forbliver relativt stabil.
Etchantkoncentration: Høje koncentrationer af ætsemidler (såsom KOH) kan forbedre anisotropi, mens lave koncentrationer kan reducere selektiviteten.
Dopingkoncentration: ætsningshastigheden for stærkt dopet silicium (såsom p ++ type) kan reduceres markant, og endda elektrokemisk stop kan opnås.