Silikon (SI) yarı iletken endüstrisinde çekirdek bir malzemedir ve işleme teknolojisi mikroelektronik ve mikroelektromekanik sistemlerin (MEMS) geliştirilmesi için çok önemlidir. Silikonun işlenmesinde, gravür teknolojisi karmaşık mikro-nano yapılarına ulaşmak için anahtar adımlardan biridir. Bununla birlikte, silikonun aşınma oranı düzgün değil, kristalin (kristal yönü) yönüne büyük ölçüde bağlıdır. Bu kristal oryantasyon bağımlılığı, silikon atomlarının farklı kristal düzlemler üzerindeki düzenleme yoğunluğu ve kimyasal bağ yönelimindeki farklılıkların doğrudan bir sonucudur. Bu makale, silikon aşındırma oranı ile kristal yönelim arasındaki ilişkiyi ayrıntılı olarak tartışacak ve mikro-nano işlemedeki pratik uygulamasını analiz edecektir.
Silikon kristal yapısı ve kristal oryantasyon
Silikon, elmas yapısına sahip bir kristaldir ve atomik düzenlemesi farklı kristal düzlemlerde önemli farklılıklar gösterir. Yaygın kristal düzlemler (100), (110) ve (111) düzlemleri içerir.
(100) Kristal Düzlem: Atomik düzenleme nispeten gevşektir ve kimyasal bağlar daha fazla maruz kalır.
(110) Kristal Düzlem: Atom yoğunluğu (100) ve (111) arasındadır.
(111) Kristal Düzlem: Atomik düzenleme en kompakttır ve kimyasal bağlara etchant tarafından saldırıya uğramak zordur.
Bu kristal düzlemlerin atomik düzenlemesindeki farklılıklar, dağlama hızını doğrudan etkiler, bu da farklı kristal düzlemlerin dağlama davranışının önemli anizotropi göstermesini sağlar.
Islak aşındırmada kristal oryantasyon bağımlılığı
Islak aşındırma, özellikle anizotropik aşındırmada, silikon işlemede yaygın olarak kullanılan tekniklerden biridir. Yaygın olarak kullanılan etchants, KOH (potasyum hidroksit) ve TMAH (tetrametilamonyum hidroksit) gibi alkalin çözeltileri içerir. Farklı kristal düzlemlerin dağlama oranları önemli ölçüde değişir:
(100) Kristal Düzlem: Atomların gevşek düzenlemesi nedeniyle dağlama oranı en hızlıdır.
(110) Kristal Düzlem: Dağlama oranı daha hızlıdır, ancak (100) düzlemden biraz daha düşüktür.
(111) Kristal Düzlem: Atomların yakın düzenlemesi nedeniyle, gravür oranı en yavaş
Örneğin, KOH çözeltisinde, dağlama oranı genellikle (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. Bu anizotropik özellik, silikon gofretlerdeki yapı morfolojisini tam olarak kontrol etmesini sağlar.
Kuru dağlamada kristal oryantasyon bağımlılığı
Kuru aşındırma (plazma aşınması ve derin reaktif iyon aşınması gibi) genellikle daha güçlü anizotropi sergiler, ancak kristal yönelimi bağımlılığı daha zayıftır. Kuru dağlama esas olarak fiziksel bombardıman ve kimyasal reaksiyonu birleştirerek malzemenin giderilmesini sağlar, bu nedenle kristal yönelimin etkisi esas olarak yan duvar morfolojisinin kontrolüne yansır.
Silikon dağlama oranını etkileyen temel faktörler
Kristal oryantasyona ek olarak, silikon aşındırma hızı da aşağıdaki faktörlerden etkilenir:
Sıcaklık: Artan sıcaklık genellikle dağlama reaksiyonunu hızlandırır, ancak her kristal düzlem için dağlama oranlarının oranı nispeten kararlı kalır.
Etchant konsantrasyonu: Yüksek konsantrasyonlarda (KOH gibi) anizotropi arttırabilirken, düşük konsantrasyonlar seçiciliği azaltabilir.
Doping konsantrasyonu: Ağır katkılı silikonun (P ++ tip gibi) dağlama oranı önemli ölçüde azaltılabilir ve hatta elektrokimyasal durdurma bile sağlanabilir.
