Silicon (SI) adalah bahan teras dalam industri semikonduktor, dan teknologi pemprosesannya sangat penting untuk pembangunan sistem mikroelektronik dan mikroelektrik (MEMS). Dalam pemprosesan silikon, teknologi etsa adalah salah satu langkah utama untuk mencapai struktur mikro-nano yang kompleks. Walau bagaimanapun, kadar etsa silikon tidak seragam, tetapi sangat bergantung kepada orientasi kristal (arah kristal). Ketergantungan orientasi kristal ini merupakan hasil langsung dari perbezaan ketumpatan susunan dan orientasi ikatan kimia atom silikon pada pesawat kristal yang berbeza. Artikel ini akan membincangkan secara terperinci hubungan antara kadar etsa silikon dan orientasi kristal, dan menganalisis aplikasi praktikalnya dalam pemprosesan mikro-nano.
Struktur kristal silikon dan orientasi kristal
Silikon adalah kristal dengan struktur berlian, dan susunan atomnya menunjukkan perbezaan yang signifikan pada pesawat kristal yang berbeza. Pesawat kristal biasa termasuk (100), (110) dan (111) pesawat.
(100) Pesawat kristal: Pengaturan atom agak longgar, dan ikatan kimia lebih terdedah.
(110) Pesawat kristal: Ketumpatan atom antara (100) dan (111).
(111) Pesawat kristal: Pengaturan atom adalah yang paling padat, dan ikatan kimia sukar diserang oleh etchant.
Perbezaan dalam susunan atom pesawat kristal ini secara langsung mempengaruhi kadar etsa, menjadikan tingkah laku etsa pesawat kristal yang berlainan menunjukkan anisotropi yang signifikan.
Ketergantungan orientasi kristal dalam etsa basah
Etching basah adalah salah satu teknik yang biasa digunakan dalam pemprosesan silikon, terutamanya dalam etsa anisotropik. Etchants yang biasa digunakan termasuk penyelesaian alkali seperti KOH (kalium hidroksida) dan TMAH (tetramethylammonium hidroksida). Kadar etsa pesawat kristal yang berbeza berbeza dengan ketara:
(100) Pesawat kristal: Oleh kerana susunan atom yang longgar, kadar etsa adalah yang terpantas.
(110) Plane Crystal: Kadar etsa lebih cepat, tetapi sedikit lebih rendah daripada satah (100).
(111) Plane Crystal: Oleh kerana susunan atom yang rapat, kadar etsa adalah yang paling lambat
Sebagai contoh, dalam penyelesaian KOH, nisbah kadar etsa biasanya (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Harta anisotropik ini membolehkan etsa basah untuk mengawal morfologi struktur pada wafer silikon.
Ketergantungan orientasi kristal dalam etsa kering
Etching kering (seperti etsa plasma dan etsa ion reaktif yang mendalam) biasanya mempamerkan anisotropi yang lebih kuat, tetapi pergantungan orientasi kristalnya lebih lemah. Etching kering terutamanya mencapai penyingkiran bahan dengan menggabungkan pengeboman fizikal dan tindak balas kimia, jadi pengaruh orientasi kristal terutama ditunjukkan dalam kawalan morfologi sisi.
Faktor utama yang mempengaruhi kadar etsa silikon
Sebagai tambahan kepada orientasi kristal, kadar etsa silikon juga dipengaruhi oleh faktor -faktor berikut:
Suhu: Meningkatkan suhu umumnya mempercepatkan tindak balas etsa, tetapi nisbah kadar etsa bagi setiap satah kristal tetap stabil.
Kepekatan etchant: Kepekatan tinggi etchants (seperti KOH) dapat meningkatkan anisotropi, sementara kepekatan yang rendah dapat mengurangkan selektiviti.
Kepekatan doping: Kadar etsa silikon doped (seperti jenis p ++) dapat dikurangkan dengan ketara, dan juga berhenti elektrokimia dapat dicapai.
