Il silicio (SI) è un materiale fondamentale nel settore dei semiconduttori e la sua tecnologia di elaborazione è cruciale per lo sviluppo di microelettronica e sistemi microelettromeccanici (MEMS). Nell'elaborazione del silicio, la tecnologia di incisione è una delle fasi chiave per ottenere complesse strutture micro-nano. Tuttavia, la velocità di attacco del silicio non è uniforme, ma fortemente dipendente dall'orientamento del cristallo (direzione cristallina). Questa dipendenza dall'orientamento cristallino è il risultato diretto delle differenze nella densità di disposizione e nell'orientamento del legame chimico degli atomi di silicio su diversi piani di cristallo. Questo articolo discuterà in dettaglio la relazione tra la velocità di attacco al silicio e l'orientamento dei cristalli e analizzerà la sua applicazione pratica nell'elaborazione micro-nano.
Struttura del cristallo di silicio e orientamento al cristallo
Il silicio è un cristallo con una struttura a diamante e la sua disposizione atomica mostra differenze significative sui diversi piani di cristallo. I piani di cristallo comuni includono (100), (110) e (111) piani.
(100) Piano cristallino: la disposizione atomica è relativamente allentata e i legami chimici sono più esposti.
(110) Piano cristallino: la densità atomica è compresa tra (100) e (111).
(111) Piano cristallino: la disposizione atomica è la più compatta e i legami chimici sono difficili da attaccare dall'ect.
Le differenze nella disposizione atomica di questi piani di cristallo influenzano direttamente il tasso di attacco, rendendo il comportamento di incisione dei diversi piani di cristallo mostrano un'anisotropia significativa.
Dipendenza dall'orientamento cristallino nell'attacco a umido
L'incisione a umido è una delle tecniche comunemente usate nell'elaborazione del silicio, specialmente nell'attacco anisotropico. Gli incisioni comunemente usati includono soluzioni alcaline come KOH (idrossido di potassio) e TMAH (tetrametilammonio idrossido). I tassi di attacco di diversi piani di cristallo variano in modo significativo:
(100) Piano cristallino: a causa della disposizione allentata degli atomi, la velocità di attacco è la più veloce.
(110) Piano cristallino: la velocità di attacco è più veloce, ma leggermente inferiore al piano (100).
(111) Piano cristallino: a causa della stretta disposizione degli atomi, la velocità di attacco è la più lenta
Ad esempio, in soluzione KOH, il rapporto di velocità di attacco è di solito (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Questa proprietà anisotropica consente di incidere bagnato per controllare con precisione la morfologia della struttura sui wafer di silicio.
Dipendenza dall'orientamento cristallino nell'attacco a secco
L'incisione a secco (come l'attacco al plasma e l'attacco a ioni reattivi profondi) mostrano di solito un'anisotropia più forte, ma la sua dipendenza dall'orientamento cristallino è più debole. L'incisione a secco raggiunge principalmente la rimozione del materiale combinando bombardamenti fisici e reazione chimica, quindi l'influenza dell'orientamento cristallino si riflette principalmente nel controllo della morfologia della parete laterale.
Fattori chiave che influenzano il tasso di incisione del silicio
Oltre all'orientamento del cristallo, anche i tassi di attacco al silicio sono influenzati dai seguenti fattori:
Temperatura: l'aumento della temperatura generalmente accelera la reazione di attacco, ma il rapporto delle velocità di attacco per ciascun piano cristallino rimane relativamente stabile.
Concentrazione di incisioni: elevate concentrazioni di incisioni (come KOH) possono migliorare l'anisotropia, mentre le basse concentrazioni possono ridurre la selettività.
La concentrazione di doping: la velocità di attacco del silicio pesantemente drogato (come il tipo p ++) può essere significativamente ridotta e persino l'arresto elettrochimico può essere raggiunto.