Silicon (SI) er kjarnaefni í hálfleiðaraiðnaðinum og vinnslutækni þess skiptir sköpum fyrir þróun ör rafeindatækni og ör -rafeindakerfa (MEMS). Við vinnslu kísils er ætingartækni eitt af lykilþrepunum til að ná flóknum ör-nanóbyggingum. Hins vegar er etsunarhraði kísils ekki einsleitur, heldur mjög háður stefnu kristalsins (kristalstefnu). Þessi kristalstefnufíkn er bein afleiðing af mismuninum á þéttleika fyrirkomulagsins og efnafræðilegri stefnu kísilatóms á mismunandi kristalplönum. Þessi grein mun fjalla í smáatriðum um tengsl kísil etsunarhraða og kristalstefnu og greina hagnýta notkun þess í ör-nanóvinnslu.
Silicon kristalbygging og kristal stefnumörkun
Kísil er kristal með tígulbyggingu og atómfyrirkomulag þess sýnir marktækan mun á mismunandi kristalplönum. Algengar kristal flugvélar fela í sér (100), (110) og (111) flugvélar.
(100) Kristalplan: Atóm fyrirkomulagið er tiltölulega laust og efnistrengin eru meira útsett.
(110) Kristalplan: Atómþéttleiki er á milli (100) og (111).
(111) Kristalplan: Atómafyrirkomulagið er mest samningur og erfitt er að ráðast á efnasamböndin af etsantinum.
Mismunurinn á atómfyrirkomulagi þessara kristalplana hefur bein áhrif á ætingarhraða, sem gerir það að verkum að ætta hegðun mismunandi kristalplan sýnir marktækan anisotropy.
Kristalstefnufíkn í blautum ætingu
Blaut etsing er ein af algengu tækni í sílikonvinnslu, sérstaklega við anisotropic etsing. Algengt er að nota ætar eru basísk lausnir eins og KOH (kalíumhýdroxíð) og TMAH (tetrametýlammoníumhýdroxíð). Ætunarhraði mismunandi kristalplana er mjög breytilegur:
(100) Kristalplan: Vegna lausu fyrirkomulags atóma er ætingarhraðinn hraðast.
(110) Kristalplan: Ætunarhraðinn er hraðari en aðeins lægri en (100) planið.
(111) Crystal Plane: Vegna náins fyrirkomulags atóm
Til dæmis, í KOH lausn, er etshlutfallshlutfall venjulega (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Þessi anisotropic eign gerir kleift að gera blautan etsingu kleift að stjórna nákvæmlega uppbyggingu formgerð á kísilþurrkum.
Kristalstefnufíkn í þurrum ætingu
Þurrt etsing (svo sem plasma etsing og djúp viðbrögð jón etsing) sýnir venjulega sterkari anisotropy, en kristalstefnuháð þess er veikari. Þurrt etsing nær aðallega að fjarlægja efnis með því að sameina líkamlega sprengjuárás og efnaviðbrögð, þannig að áhrif kristalstefnu endurspeglast aðallega í stjórnun á formgerð hliðarveggs.
Lykilþættir sem hafa áhrif á kísil etsunarhraða
Til viðbótar við kristalstefnu hefur eftirfarandi þættir einnig áhrif á sílikon etsunarhraða:
Hitastig: Hækkun hitastigs flýtir yfirleitt upp ætingarviðbrögðum, en hlutfall etsunarhraða fyrir hvert kristalplan er áfram tiltölulega stöðugt.
Etchant styrkur: Mikill styrkur ætja (svo sem KOH) getur aukið anisotropy, meðan lítill styrkur getur dregið úr sértækni.
Styrkur lyfjameðferðar: Hægt er að draga verulega úr etsunarhraða mjög dópaðs kísils (svo sem P ++} og jafnvel hægt er að ná rafefnafræðilegum stöðvun.
