Silikón (SI) je základným materiálom v polovodičovom priemysle a jeho technológia spracovania je rozhodujúca pre vývoj mikroelektronických a mikroelektromechanických systémov (MEMS). Pri spracovaní kremíka je technológia leptania jedným z kľúčových krokov na dosiahnutie zložitých mikro-nano štruktúr. Rýchlosť leptania kremíka však nie je rovnomerná, ale vysoko závislá od orientácie kryštálu (smer kryštálu). Táto závislosť od orientácie kryštálov je priamym výsledkom rozdielov v hustote usporiadania a orientácie chemickej väzby atómov kremíka na rôznych kryštálových rovinách. Tento článok podrobne prediskutuje vzťah medzi rýchlosťou leptania kremíka a orientáciou kryštálov a analyzuje jeho praktickú aplikáciu pri spracovaní mikropodnikov.
Kremíková kryštálová štruktúra a kryštálová orientácia
Kremík je kryštál s diamantovou štruktúrou a jeho atómové usporiadanie vykazuje významné rozdiely na rôznych kryštálových rovinách. Bežné kryštalické roviny zahŕňajú (100), (110) a (111) roviny.
(100) Kryštálová rovina: atómové usporiadanie je relatívne voľné a chemické väzby sú viac exponované.
(110) Kryštálová rovina: atómová hustota je medzi (100) a (111).
(111) Kryštálová rovina: Atómové usporiadanie je najkompaktnejšie a chemické väzby je ťažké napadnúť leptaním.
Rozdiely v atómovom usporiadaní týchto kryštálových rovín priamo ovplyvňujú rýchlosť leptania, vďaka čomu sa leptanie rôznych kryštálových rovín vykazuje významnú anizotropiu.
Závislosť od orientácie kryštálov pri leptaní mokra
Leptanie je jednou z bežne používaných techník pri spracovaní kremíka, najmä pri anizotropnom leptaní. Bežne používané leptania zahŕňajú alkalické roztoky, ako je KOH (hydroxid draselný) a TMAH (hydroxid tetrametylamónium). Miera leptania rôznych kryštálových rovín sa výrazne líši:
(100) Kryštálová rovina: V dôsledku voľného usporiadania atómov je rýchlosť leptania najrýchlejšia.
(110) Kryštálová rovina: Rýchlosť leptania je rýchlejšia, ale o niečo nižšia ako (100) rovina.
(111) Krištáľová rovina: V dôsledku úzkeho usporiadania atómov je rýchlosť leptania najpomalšia
Napríklad v roztoku KOH je pomer rýchlosti leptania zvyčajne (100) :( 110) :( 111) {3}}: 600: 1. Táto anizotropná vlastnosť umožňuje leptanie mokrého presne kontrolovať morfológiu štruktúry na kremíkových doštičkách.
Závislosť od orientácie kryštálov pri suchom leptaní
Suché leptanie (ako je leptanie plazmy a hlboké reaktívne leptanie iónov) zvyčajne vykazuje silnejšiu anizotropiu, ale jej závislosť od orientácie kryštálov je slabšia. Suché leptanie dosahuje predovšetkým odstránenie materiálu kombináciou fyzikálneho bombardovania a chemickej reakcie, takže vplyv orientácie kryštálov sa odráža hlavne pri kontrole morfológie bočnej steny.
Kľúčové faktory ovplyvňujúce rýchlosť leptania kremíka
Okrem orientácie kryštálov je rýchlosť leptania kremíka ovplyvnená aj nasledujúcimi faktormi:
Teplota: Zvyšujúca sa teplota vo všeobecnosti zrýchľuje leptanú reakciu, ale pomer rýchlosti leptania pre každú kryštálovú rovinu zostáva relatívne stabilný.
Koncentrácia leptateľa: Vysoké koncentrácie leptaní (napríklad KOH) môžu zvýšiť anizotropiu, zatiaľ čo nízke koncentrácie môžu znížiť selektivitu.
Koncentrácia dopingu: Rýchlosť leptania silne dopovaného kremíka (napríklad p ++ typu) sa dá výrazne znížiť a je možné dosiahnuť dokonca aj elektrochemické zastavenie.
