Silicon (SI) е основен материал в полупроводниковата индустрия и неговата технология за обработка е от решаващо значение за развитието на микроелектрониката и микроелектромеханичните системи (MEMS). При обработката на силиций технологията за офорт е една от ключовите стъпки за постигане на сложни микронано структури. Скоростта на офорт на силиций обаче не е еднаква, а силно зависима от ориентацията на кристала (посока на кристала). Тази кристална ориентация зависимост е пряк резултат от разликите в плътността на подреждането и ориентацията на химическата връзка на силициевите атоми върху различни кристални равнини. Тази статия ще обсъди подробно връзката между скоростта на офорт на силициева и кристална ориентация и ще анализира практическото му приложение при микро-нано обработка.
Силиконова кристална структура и кристална ориентация
Силицийът е кристал с диамантена структура, а атомната му подредба показва значителни разлики в различните кристални равнини. Общите кристални равнини включват (100), (110) и (111) самолети.
(100) Кристална равнина: Атомната подредба е сравнително разхлабена, а химичните връзки са по -изложени.
(110) Кристална равнина: Атомната плътност е между (100) и (111).
(111) Кристална равнина: Атомната подредба е най -компактната, а химичните връзки са трудни за нападение от офорта.
Разликите в атомната подредба на тези кристални равнини пряко влияят на скоростта на офорт, което прави поведението на офорт на различни кристални равнини показва значителна анизотропия.
Кристална ориентация зависимост при мокро офорт
Мокрото ецване е една от често използваните техники при обработката на силиций, особено при анизотропното офорт. Често използваните ефорти включват алкални разтвори като KOH (калиев хидроксид) и TMAH (тетраметиламониев хидроксид). Скоростта на офорт на различни кристални равнини варира значително:
(100) Кристална равнина: Поради разхлабеното подреждане на атомите, скоростта на офорт е най -бързата.
(110) Кристална равнина: Скоростта на офорт е по -бърза, но малко по -ниска от (100) равнината.
(111) Кристална равнина: Поради тясното подреждане на атомите, скоростта на офорт е най -бавната
Например, в разтвора на KOH, съотношението на скоростта на офорт обикновено е (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Това анизотропно свойство позволява мокро офорт да контролира точно морфологията на структурата на силициеви вафли.
Кристална ориентация зависимост при сухо офорт
Сухото ецване (като плазмено ецване и дълбоко реактивно йонно ецване) обикновено проявява по -силна анизотропия, но зависимостта му от кристална ориентация е по -слаба. Сухото ецване постига главно отстраняване на материала чрез комбиниране на физическа бомбардировка и химическа реакция, така че влиянието на кристалната ориентация се отразява главно в контрола на морфологията на страничната стена.
Ключови фактори, влияещи върху степента на офорт на силиций
В допълнение към ориентацията на кристала, скоростта на офорт на силиций се влияе и от следните фактори:
Температура: Повишаването на температурата обикновено ускорява реакцията на офорт, но съотношението на скоростта на офорт за всяка кристална равнина остава относително стабилно.
Концентрация на ескантите: Високите концентрации на офорт (като KOH) могат да засилят анизотропията, докато ниските концентрации могат да намалят селективността.
Концентрация на допинг: Скоростта на офорт на силно легиран силиций (като P ++ тип) може да бъде значително намалена и дори електрохимично спиране може да се постигне.