A szilícium (SI) a félvezető iparág alapvető anyaga, és feldolgozási technológiája elengedhetetlen a mikroelektronika és a mikroelektromechanikai rendszerek (MEMS) fejlesztéséhez. A szilícium feldolgozása során a maratási technológia az egyik legfontosabb lépés a komplex mikro-nano-struktúrák eléréséhez. A szilícium maratási sebessége azonban nem egységes, hanem nagymértékben függ a kristály tájolásától (kristályirány). Ez a kristályorientációs függőség a szilícium -atomok elrendezési sűrűségének és kémiai kötés -orientációjának különbségeinek közvetlen eredménye a különböző kristálysíkokon. Ez a cikk részletesen megvitatja a szilíciummaratási sebesség és a kristályorientáció kapcsolatát, és elemzi annak gyakorlati alkalmazását a mikro-nano-feldolgozásban.
Szilícium kristályszerkezet és kristályorientáció
A szilícium egy gyémántszerkezetű kristály, és atom elrendezése szignifikáns különbségeket mutat a különböző kristálysíkoknál. A közös kristálysíkok közé tartozik a (100), (110) és (111) sík.
(100) Kristálysík: Az atom elrendezése viszonylag laza, és a kémiai kötések jobban vannak kitéve.
(110) Kristály sík: Az atomsűrűség (100) és (111) között van.
(111) Kristálysík: Az atom elrendezése a legkeményebb, és a kémiai kötéseket nehéz megtámadni.
Ezen kristálysíkok atomrendszerének különbségei közvetlenül befolyásolják a maratási sebességet, így a különböző kristálysíkok maratási viselkedése jelentős anizotrópiát mutat.
Kristályorientációs függőség nedves maratáskor
A nedves maratás az egyik leggyakrabban használt technika a szilíciumfeldolgozásban, különösen az anizotróp maratás során. Általában használt maratók között szerepelnek lúgos oldatok, például KOH (kálium -hidroxid) és TMAH (tetrametil -ammónium -hidroxid). A különböző kristálysíkok maratási sebessége jelentősen eltérő:
(100) Kristálysík: Az atomok laza elrendezése miatt a maratási sebesség a leggyorsabb.
(110) Kristálysík: A maratási sebesség gyorsabb, de valamivel alacsonyabb, mint a (100) sík.
(111) Kristálysík: Az atomok szoros elrendezése miatt a maratási sebesség a leglassabb
Például KOH oldatban a maratási sebesség arány általában (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Ez az anizotropikus tulajdonság lehetővé teszi a nedves maratás számára, hogy pontosan szabályozza a szilícium ostyák szerkezetének morfológiáját.
Kristályorientációs függőség száraz maratásban
A száraz maratás (például a plazma maratás és a mélyreaktív ionmaratás) általában erősebb anizotrópiát mutat, de a kristályorientációs függősége gyengébb. A száraz maratás elsősorban az anyag eltávolítását éri el a fizikai bombázás és a kémiai reakció kombinálásával, így a kristályorientáció hatása elsősorban az oldalfal morfológia ellenőrzésében tükröződik.
A szilíciummaratási sebességet befolyásoló kulcsfontosságú tényezők
A kristályorientáció mellett a szilíciummaratási sebességet a következő tényezők is befolyásolják:
Hőmérséklet: A hőmérséklet növekedése általában felgyorsítja a maratási reakciót, de az egyes kristálysíkok maratási sebességének aránya viszonylag stabil marad.
Varató koncentráció: A maratók magas koncentrációja (például KOH) javíthatja az anizotropiát, míg az alacsony koncentráció csökkentheti a szelektivitást.
Doppingkoncentráció: Az erősen adalékolt szilícium maratási sebessége (például a P ++ típus) jelentősen csökkenthető, és még az elektrokémiai leállítás is elérhető.
