Silicon (SI) jest podstawowym materiałem w branży półprzewodnikowej, a jego technologia przetwarzania ma kluczowe znaczenie dla opracowania systemów mikroelektroniki i mikroelektromechanicznych (MEMS). Podczas przetwarzania krzemowego technologia trawienia jest jednym z kluczowych kroków w celu osiągnięcia złożonych struktur mikro-nano. Jednak szybkość trawienia krzemu nie jest jednolita, ale wysoce zależna od orientacji kryształu (kierunek kryształu). Ta zależność orientacji kryształów jest bezpośrednim wynikiem różnic w gęstości układu i orientacji wiązania chemicznego atomów krzemu na różnych płaszczyznach kryształów. W tym artykule szczegółowo omówiono związek między szybkością trawienia krzemowego a orientacją kryształów oraz przeanalizuje jego praktyczne zastosowanie w przetwarzaniu mikro-nano.
Struktura krystaliczna i orientacja kryształu krzemu
Krzem jest kryształem o strukturze diamentów, a jego układ atomowy wykazuje znaczące różnice w różnych płaszczyznach kryształowych. Wspólne płaszczyzny kryształowe obejmują płaszczyzny (100), (110) i (111).
(100) Płaszczyzna kryształowa: Układ atomowy jest stosunkowo luźny, a wiązania chemiczne są bardziej odsłonięte.
(110) płaszczyzna kryształowa: gęstość atomowa wynosi między (100) i (111).
(111) Płaszczyzna kryształowa: Układ atomowy jest najbardziej zwarty, a wiązania chemiczne są trudne do zaatakowania przez Etpanta.
Różnice w układzie atomowym tych płaszczyzn kryształowych bezpośrednio wpływają na szybkość trawienia, dzięki czemu zachowanie trawienia różnych płaszczyzn kryształów wykazują znaczącą anizotropię.
Zależność orientacji kryształów w trawaniu mokrym
Trawienie na mokro jest jedną z powszechnie stosowanych technik w przetwarzaniu krzemowym, szczególnie w anizotropowym trawaniu. Powszechnie stosowane trawniki obejmują roztwory alkaliczne, takie jak KOH (wodorotlenek potasu) i TMAH (wodorotlenek tetrametyloamoniowy). Szybkości trawienia różnych płaszczyzn kryształów różnią się znacznie:
(100) Płaszczyzna kryształowa: Z powodu luźnego układu atomów szybkość trawienia jest najszybsza.
(110) Płaszczyzna kryształowa: szybkość trawienia jest szybsza, ale nieco niższa niż płaszczyzna (100).
(111) Płaszczyzna kryształowa: Z powodu bliskiego układu atomów szybkość trawienia jest najwolniejsza
Na przykład w roztworze KOH współczynnik szybkości trawienia wynosi zwykle (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Ta anizotropowa właściwość umożliwia precyzyjne wytrawianie na mokro precyzyjne kontrolowanie morfologii struktury na płytach krzemowych.
Zależność od orientacji kryształów w suchym trawaniu
Trawienie na sucho (takie jak trawienie w osoczu i trawienie jonów głębokich reaktywnych) zwykle wykazuje silniejszą anizotropię, ale jego zależność od orientacji kryształów jest słabsza. Suchy trawienie osiąga głównie usuwanie materiału poprzez połączenie fizycznego bombardowania i reakcji chemicznej, więc wpływ orientacji kryształów znajduje głównie odzwierciedlenie w kontroli morfologii ściany bocznej.
Kluczowe czynniki wpływające na szybkość trawienia krzemu
Oprócz orientacji kryształów na szybkość trawienia krzemu wpływają również następujące czynniki:
Temperatura: Zwiększenie temperatury ogólnie przyspiesza reakcję trawienia, ale stosunek szybkości trawienia dla każdej płaszczyzny kryształu pozostaje stosunkowo stabilny.
Stężenie etapowania: Wysokie stężenia trawników (takich jak KOH) może zwiększyć anizotropię, podczas gdy niskie stężenia mogą zmniejszyć selektywność.
Stężenie domieszkowania: szybkość trawienia mocno domieszkowanego krzemu (takiego jak typ p ++) można znacznie zmniejszyć, a nawet zatrzymanie elektrochemiczne można osiągnąć.
