Кремній (SI) є основним матеріалом у напівпровідниковій галузі, і його технологія обробки має вирішальне значення для розробки мікроелектроніки та мікроелектротехеханічних систем (MEMS). При обробці кремнію технологія травлення є одним із ключових кроків для досягнення складних мікро-нано-структур. Однак швидкість травлення кремнію не є рівномірною, але сильно залежить від орієнтації кристала (кристалічного напрямку). Ця залежність від кристалічної орієнтації є прямим результатом відмінностей у щільності розташування та хімічної зв'язку атомів кремнію на різних кристалічних площинах. У цій статті детально обговорить взаємозв'язок між швидкістю травлення кремнію та кристалічною орієнтацією та проаналізувати його практичне застосування в обробці мікро-нано.
Кремнієва кристалічна структура та орієнтація на кристалі
Кремній - це кристал з діамантовою структурою, а його атомне розташування показує значні відмінності в різних кристалічних площинах. Загальні кристалічні площини включають (100), (110) та (111) площин.
(100) Кришталева площина: Атомна композиція відносно вільна, а хімічні зв’язки більш оголені.
(110) Кристалічна площина: Атомна щільність становить між (100) і (111).
(111) Кришталева площина: Атомна композиція є найбільш компактною, а хімічні зв’язки важко нападати на Етчер.
Відмінності в атомному розташуванні цих кристалічних площин безпосередньо впливають на швидкість травлення, завдяки чому полиття різних кристалічних площин демонструє значну анізотропію.
Залежність кристалічної орієнтації при вологому травленні
Вологі травлення є однією з загальноприйнятих методик при обробці кремнію, особливо при анізотропному травленні. Загально використовувані інтчанти включають лужні розчини, такі як Кох (гідроксид калію) та ТМА (тетраметиламмонію гідроксид). Швидкість травлення різних кристалічних площин суттєво відрізняється:
(100) Кристалічна площина: Завдяки вільному розташуванню атомів швидкість травлення є найшвидшим.
(110) Кристалічна площина: Швидкість травлення швидша, але трохи нижча, ніж (100) площина.
(111) Кришталева площина: Через тісне розташування атомів швидкість травлення - найповільніша
Наприклад, у розчині KOH співвідношення швидкості травлення зазвичай (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Ця анізотропна властивість дозволяє мокрим травленням точно контролювати морфологію структури на кремнієвих вафлях.
Залежність кристалічної орієнтації при сухому травленні
Сухе травлення (наприклад, травлення в плазмі та глибоке реактивне травлення іонів) зазвичай виявляє сильнішу анізотропію, але залежність від кристалічної орієнтації слабша. Сухе травлення в основному досягає видалення матеріалу, поєднуючи фізичні обстріли та хімічну реакцію, тому вплив кристалічної орієнтації в основному відображається в контролі морфології бокової стіни.
Ключові фактори, що впливають на швидкість травлення кремнію
Окрім кристалічної орієнтації, на швидкість травлення кремнію також впливає такі фактори:
Температура: Підвищення температури, як правило, прискорює реакцію травлення, але відношення швидкості травлення для кожної кристалічної площини залишається відносно стабільним.
Концентрація ETCANT: Високі концентрації інтхантів (наприклад, KOH) можуть посилити анізотропію, тоді як низькі концентрації можуть знижувати селективність.
Концентрація допінгу: Швидкість травлення сильно легованого кремнію (наприклад, типу P ++) може бути значно зменшена, і навіть електрохімічна зупинка може бути досягнута.
