Silizium (SI) ist ein Kernmaterial in der Halbleiterindustrie, und seine Verarbeitungstechnologie ist entscheidend für die Entwicklung von Mikroelektronik und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS). Bei der Verarbeitung von Silizium ist die Ätztechnologie einer der wichtigsten Schritte, um komplexe Mikro-Nano-Strukturen zu erreichen. Die Ätzrate von Silizium ist jedoch nicht gleichmäßig, sondern stark von der Ausrichtung des Kristalls (Kristallrichtung) abhängig. Diese Abhängigkeit der Kristallorientierung ist ein direktes Ergebnis der Unterschiede in der Anordnungsdichte und der chemischen Bindungsorientierung von Siliziumatomen auf verschiedenen Kristallebenen. In diesem Artikel wird die Beziehung zwischen Siliziumätzungsrate und Kristallorientierung ausführlich erörtert und seine praktische Anwendung bei der Verarbeitung von Mikro-Nano analysiert.
Siliziumkristallstruktur und Kristallorientierung
Silizium ist ein Kristall mit einer Diamantstruktur, und seine Atomanordnung zeigt signifikante Unterschiede in verschiedenen Kristallebenen. Zu den häufigen Kristallebenen gehören (100), (110) und (111) Ebenen.
(100) Kristallebene: Die Atomanordnung ist relativ locker und die chemischen Bindungen sind stärker ausgesetzt.
(110) Kristallebene: Die Atomdichte liegt zwischen (100) und (111).
(111) Kristallebene: Die Atomanordnung ist die kompakteste, und die chemischen Bindungen sind vom Ätzmittel schwer angegriffen zu werden.
Die Unterschiede in der Atomanordnung dieser Kristallebenen wirken sich direkt auf die Ätzrate aus, wodurch das Ätzverhalten verschiedener Kristallebenen eine signifikante Anisotropie zeigt.
Kristallorientierungsabhängigkeit bei der Nassserie
Nasseteting ist eine der häufig verwendeten Techniken bei der Siliziumverarbeitung, insbesondere bei der anisotropen Ätzen. Zu den häufig verwendeten Ächern gehören alkalische Lösungen wie Koh (Kaliumhydroxid) und TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). Die Radierungsraten verschiedener Kristallebenen variieren erheblich:
(100) Kristallebene: Aufgrund der losen Anordnung von Atomen ist die Ätzrate die schnellste.
(110) Kristallebene: Die Ätzrate ist schneller, aber etwas niedriger als die (100) Ebene.
(111) Kristallebene: Aufgrund der engen Anordnung von Atomen ist die Ätzrate die langsamste
In der Koh -Lösung beispielsweise beträgt das Ätzrate -Verhältnis normalerweise (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Diese anisotrope Eigenschaft ermöglicht das nasse Ätzen, die Strukturmorphologie an Siliziumwafern genau zu kontrollieren.
Kristallorientierungsabhängigkeit bei trockener Ätzen
Trockenätzung (wie Plasmaetching und tiefe reaktive Ionenätzung) weist normalerweise eine stärkere Anisotropie auf, aber seine Abhängigkeit von Kristallorientierungen ist schwächer. Die Trockenätzung erreicht hauptsächlich die Entfernung der Material, indem es die physikalische Bombardierung und die chemische Reaktion kombiniert, sodass sich der Einfluss der Kristallorientierung hauptsächlich in der Kontrolle der Seitenwandmorphologie widerspiegelt.
Schlüsselfaktoren, die die Siliziumätzungsrate beeinflussen
Zusätzlich zur Kristallorientierung wird die Siliziumätzungsrate auch von den folgenden Faktoren beeinflusst:
Temperatur: Die Erhöhung der Temperatur beschleunigt im Allgemeinen die Ätzreaktion, aber das Verhältnis der Ätzraten für jede Kristallebene bleibt relativ stabil.
Ätzmittelkonzentration: Hohe Konzentrationen von Ästern (wie KOH) können die Anisotropie verbessern, während niedrige Konzentrationen die Selektivität verringern können.
Dopingkonzentration: Die Ätzrate von stark dotiertem Silizium (wie P ++ Typ) kann erheblich reduziert werden und sogar elektrochemisches Stoppen kann erreicht werden.
