Silīcijs (SI) ir galvenais materiāls pusvadītāju nozarē, un tā apstrādes tehnoloģija ir būtiska mikroelektronikas un mikroelektromehānisko sistēmu (MEMS) attīstībā. Silīcija apstrādē kodināšanas tehnoloģija ir viens no galvenajiem soļiem, lai sasniegtu sarežģītas mikro-nano struktūras. Tomēr silīcija kodināšanas ātrums nav vienāds, bet ļoti atkarīgs no kristāla orientācijas (kristāla virziens). Šī kristāla orientācijas atkarība ir tiešs rezultāts atšķirībām silīcija atomu izvietojuma blīvuma un ķīmiskās saites orientācijas atšķirībās uz dažādām kristāla plaknēm. Šajā rakstā tiks sīki apskatīta saistība starp silīcija kodināšanas ātrumu un kristāla orientāciju un analizētu tā praktisko pielietojumu mikro-nano apstrādē.
Silīcija kristāla struktūra un kristāla orientācija
Silīcijs ir kristāls ar dimanta struktūru, un tā atomu izkārtojums parāda būtiskas atšķirības dažādās kristāla plaknēs. Parastās kristāla plaknes ietver (100), (110) un (111) lidmašīnas.
(100) Kristāla plakne: atomu izkārtojums ir samērā vaļīgs, un ķīmiskās saites ir vairāk pakļautas.
(110) Kristāla plakne: atomu blīvums ir no (100) līdz (111).
(111) Kristāla plakne: atomu izkārtojums ir kompaktākais, un ķīmiskās saites ir grūti uzbrūkot.
Šo kristālu plakņu atomu izvietojuma atšķirības tieši ietekmē kodināšanas ātrumu, padarot dažādu kristālu plakņu kodināšanas izturēšanos par ievērojamu anizotropiju.
Kristāla orientācijas atkarība no mitras kodināšanas
Mitrā kodināšana ir viena no parasti izmantotajām silīcija apstrādes metodēm, īpaši anizotropā kodināšanā. Parasti lietoti kodinātāji ietver sārmainus šķīdumus, piemēram, KOH (kālija hidroksīds) un TMAH (tetrametilammonija hidroksīds). Dažādu kristālu plakņu kodināšanas ātrumi ievērojami atšķiras:
(100) Kristāla plakne: Atomu brīvā izvietojuma dēļ kodināšanas ātrums ir visātrākais.
(110) Kristāla plakne: kodināšanas ātrums ir ātrāks, bet nedaudz zemāks par (100) plakni.
(111) Kristāla plakne: Atomu ciešā izvietojuma dēļ kodināšanas ātrums ir lēnākais
Piemēram, KOH šķīdumā kodināšanas ātruma attiecība parasti ir (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Šī anizotropā īpašība ļauj mitru kodināšanu precīzi kontrolēt silīcija vafeļu struktūras morfoloģiju.
Kristāla orientācijas atkarība no sausa kodināšanas
Sausā kodināšana (piemēram, plazmas kodināšana un dziļa reaktīvā jonu kodināšana) parasti ir spēcīgāka anizotropija, bet tā atkarība no kristāla orientācijas ir vājāka. Sausā kodināšana galvenokārt sasniedz materiāla noņemšanu, apvienojot fizisko bombardēšanu un ķīmisko reakciju, tāpēc kristāla orientācijas ietekme galvenokārt atspoguļojas sānu morfoloģijas kontrolē.
Galvenie faktori, kas ietekmē silīcija kodināšanas ātrumu
Papildus kristāla orientācijai silīcija kodināšanas ātrumu ietekmē arī šādi faktori:
Temperatūra: temperatūras paaugstināšanās parasti paātrina kodināšanas reakciju, bet katras kristāla plaknes kodināšanas ātrumu attiecība paliek salīdzinoši stabila.
Othant koncentrācija: augsta kodantu koncentrācija (piemēram, KOH) var pastiprināt anizotropiju, savukārt zema koncentrācija var samazināt selektivitāti.
Dopinga koncentrācija: Spēcīgi leģēta silīcija (piemēram, p ++ tipa) kodināšanas ātrumu var ievērojami samazināt, un var sasniegt pat elektroķīmisko apstāšanos.