Кремний (SI) является основным материалом в полупроводниковой промышленности, и его технология обработки имеет решающее значение для разработки микроэлектроники и микроэлектромеханических систем (MEMS). При обработке кремния технология травления является одним из ключевых этапов для достижения сложных микронановых структур. Однако скорость травления кремния не является однородной, но сильно зависит от ориентации кристалла (направление кристалла). Эта зависимость ориентации кристаллов является прямым результатом различий в плотности расположения и ориентации химической связи атомов кремния на разных кристаллических плоскостях. В этой статье подробно рассказывается о взаимосвязи между скоростью травления кремния и ориентацией кристаллов, а также анализируют ее практическое применение в микронано-обработке.
Кристаллическая структура кремния и ориентация кристаллов
Кремний представляет собой кристалл с алмазной структурой, а его атомное расположение показывает значительные различия на разных кристаллических плоскостях. Общие кристаллические плоскости включают (100), (110) и (111) плоскости.
(100) Кристаллическая плоскость: атомное расположение относительно свободно, а химические связи более подвержены воздействию.
(110) Кристаллическая плоскость: атомная плотность находится между (100) и (111).
(111) Кристаллическая плоскость: Атомное расположение является наиболее компактным, и химические связи трудно подвергнуться атаке.
Различия в атомном расположении этих кристаллических плоскостей напрямую влияют на скорость травления, что заставило травление различных кристаллических плоскостей демонстрировать значительную анизотропию.
Зависимость ориентации кристаллов при влажном травлении
Влажное травление является одним из часто используемых методов в обработке кремния, особенно при анизотропном травлении. Обычно используемые травления включают щелочные растворы, такие как KOH (гидроксид калия) и TMAH (гидроксид тетраметиламмония). Скорость травления различных кристаллических плоскостей значительно различается:
(100) Кристаллическая плоскость: из -за свободного расположения атомов скорость травления является самой быстрой.
(110) Кристаллическая плоскость: скорость травления быстрее, но немного ниже, чем плоскость (100).
(111) Плость кристаллов: из -за близкого расположения атомов скорость травления является самой медленной
Например, в решении KOH соотношение скорости травления обычно составляет (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Это анизотропное свойство позволяет влажному травлению точно контролировать морфологию структуры на кремниевых пластинах.
Зависимость ориентации кристаллов при сухом травлении
Сухое травление (такое как травление в плазме и глубокое реактивное ионное травление) обычно демонстрирует более сильную анизотропию, но зависимость от его ориентации кристаллов слабее. Сухое травление в основном достигает удаления материала, сочетая физическую бомбардировку и химическую реакцию, поэтому влияние ориентации кристаллов в основном отражается в контроле морфологии боковой стенки.
Ключевые факторы, влияющие на скорость травления кремния
В дополнение к ориентации кристаллов, на скорость кремния травления также влияет следующие факторы:
Температура: повышение температуры обычно ускоряет реакцию травления, но отношение скорости травления для каждой плоскости кристаллов остается относительно стабильным.
Концентрация затрат: высокие концентрации тратчатых (таких как KOH) могут усилить анизотропию, в то время как низкие концентрации могут снизить селективность.
Концентрация легирования: скорость травления силикона с тяжелым легированным (например, тип p ++) может быть значительно снижена, и даже электрохимическая остановка может быть достигнута.
