سیلیکون (SI) یک ماده اصلی در صنعت نیمه هادی است و فناوری پردازش آن برای توسعه میکروالکترونیک و سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) بسیار مهم است. در پردازش سیلیکون ، فناوری اچینگ یکی از مراحل اصلی دستیابی به ساختارهای پیچیده میکرو نانو است. با این حال ، میزان اچینگ سیلیکون یکنواخت نیست ، اما به جهت گیری کریستال (جهت کریستال) بسیار وابسته است. این وابستگی جهت گیری کریستال نتیجه مستقیمی از تفاوت در چگالی چیدمان و جهت گیری پیوند شیمیایی اتمهای سیلیکون در هواپیماهای مختلف کریستالی است. در این مقاله به تفصیل در مورد رابطه بین میزان اچینگ سیلیکون و جهت گیری کریستال مورد بحث قرار خواهد گرفت و کاربرد عملی آن را در پردازش میکرو نانو تجزیه و تحلیل می کند.
ساختار کریستالی سیلیکون و جهت گیری کریستال
سیلیکون یک کریستال با ساختار الماس است و ترتیب اتمی آن تفاوتهای معنی داری در هواپیماهای مختلف کریستالی نشان می دهد. هواپیماهای کریستالی مشترک شامل هواپیماهای (100) ، (110) و (111) هستند.
(100) هواپیمای کریستالی: ترتیب اتمی نسبتاً سست است و پیوندهای شیمیایی بیشتر در معرض دید قرار می گیرند.
(110) هواپیمای کریستالی: چگالی اتمی بین (100) و (111) است.
(111) هواپیمای کریستالی: آرایش اتمی جمع و جور ترین است و پیوندهای شیمیایی به سختی توسط اچانت مورد حمله قرار می گیرند.
تفاوت در ترتیب اتمی این هواپیماهای کریستالی به طور مستقیم بر میزان اچ کردن تأثیر می گذارد ، و باعث می شود رفتار اچ کننده هواپیماهای کریستالی مختلف ناهمسانگردی قابل توجهی را نشان دهد.
وابستگی جهت گیری کریستال در اچ کردن مرطوب
اچ کردن مرطوب یکی از تکنیک های متداول در پردازش سیلیکون است ، به ویژه در اچ کردن ناهمسانگرد. اچانتهای معمولاً مورد استفاده شامل محلول های قلیایی مانند KOH (هیدروکسید پتاسیم) و TMAH (هیدروکسید تترامتیل آمونیوم) است. نرخ اچ کردن هواپیماهای کریستالی مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است:
(100) هواپیمای کریستالی: به دلیل چیدمان سست اتمها ، سرعت اچ سریعترین است.
(110) هواپیمای کریستالی: میزان اچ سریعتر است ، اما کمی پایین تر از صفحه (100).
(111) هواپیمای کریستالی: به دلیل نزدیک شدن اتم ها ، سرعت اچ کمترین سرعت است
به عنوان مثال ، در راه حل KOH ، نسبت نرخ اچ معمولاً (100) :( 110) :( 111) {3}}: 600: 1. این خاصیت ناهمسانگرد باعث می شود تا اچ کردن مرطوب دقیقاً کنترل مورفولوژی ساختار را بر روی ویفرهای سیلیکون کنترل کند.
وابستگی جهت گیری کریستال در اچ کردن خشک
اچینگ خشک (مانند اچینگ پلاسما و اچینگ یونی واکنش پذیر عمیق) معمولاً ناهمسانگردی قوی تر را نشان می دهد ، اما وابستگی جهت گیری کریستال آن ضعیف تر است. اچینگ خشک به طور عمده با ترکیب بمباران فیزیکی و واکنش شیمیایی به حذف مواد دست می یابد ، بنابراین تأثیر جهت گیری کریستال عمدتاً در کنترل مورفولوژی جانبی منعکس می شود.
عوامل کلیدی مؤثر بر میزان اچ کردن سیلیکون
علاوه بر جهت گیری کریستال ، میزان اچ کردن سیلیکون نیز تحت تأثیر عوامل زیر قرار می گیرد:
دما: افزایش دما به طور کلی سرعت واکنش اچینگ را سرعت می بخشد ، اما نسبت نرخ اچ برای هر هواپیمای کریستالی نسبتاً پایدار است.
غلظت اچانت: غلظت بالای اچانتها (مانند KOH) می تواند ناهمسانگردی را تقویت کند ، در حالی که غلظت کم ممکن است انتخاب را کاهش دهد.
غلظت دوپینگ: میزان اچینگ سیلیکون به شدت دوپ شده (مانند نوع P {0}}) می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد و حتی توقف الکتروشیمیایی نیز می تواند حاصل شود.
