العلاقة بين معدل حفر السيليكون والتوجه البلوري

Silicon (SI) هي مادة أساسية في صناعة أشباه الموصلات ، وتكنولوجيا المعالجة الخاصة بها أمر بالغ الأهمية لتطوير الإلكترونيات الدقيقة والأنظمة الكهروميكانيكية (MEMS). في معالجة السيليكون ، تعد تقنية الحفر واحدة من الخطوات الرئيسية لتحقيق هياكل النانو الصغيرة المعقدة. ومع ذلك ، فإن معدل الحفر للسيليكون ليس موحدًا ، ولكنه يعتمد بشكل كبير على اتجاه البلورة (الاتجاه البلوري). هذا الاعتماد على الاتجاه البلوري هو نتيجة مباشرة للاختلافات في كثافة الترتيب وتوجه الرابطة الكيميائية لذرات السيليكون على الطائرات البلورية المختلفة. ستناقش هذه المقالة بالتفصيل العلاقة بين معدل حفر السيليكون والتوجه البلوري ، وتحليل تطبيقها العملي في معالجة النانو الصغيرة.

هيكل البلورة السيليكون والتوجه البلوري

السيليكون عبارة عن بلورة ذات بنية الماس ، ويظهر ترتيبها الذري اختلافات كبيرة على الطائرات البلورية المختلفة. تشمل الطائرات البلورية الشائعة (100) و (110) و (111) الطائرات.

(100) المستوى البلوري: الترتيب الذري فضفاض نسبيًا ، والروابط الكيميائية أكثر تعرضًا.
(110) الطائرة البلورية: الكثافة الذرية بين (100) و (111).
(111) المستوى البلوري: الترتيب الذري هو الأكثر إحكاما ، ومن الصعب أن تتعرض الروابط الكيميائية للهجوم من قبل Ethant.

تؤثر الاختلافات في الترتيب الذري لهذه الطائرات البلورية بشكل مباشر على معدل الحفر ، مما يجعل سلوك الحفر للطائرات البلورية المختلفة يظهر تباينًا كبيرًا.

اعتماد الاتجاه البلوري في الحفر الرطب

الحفر الرطب هو واحد من التقنيات الشائعة الاستخدام في معالجة السيليكون ، وخاصة في الحفر متباين الخواص. تشمل etchants شائعة الاستخدام محاليل قلوية مثل KOH (هيدروكسيد البوتاسيوم) و TMAH (رباعي ميثيل أماميوم هيدروكسيد). تختلف معدلات الحفر للطائرات البلورية المختلفة بشكل كبير:

(100) المستوى البلوري: بسبب الترتيب الفضفاض للذرات ، يكون معدل الحفر هو الأسرع.
(110) المستوى البلوري: معدل الحفر أسرع ، ولكنه أقل قليلاً من المستوى (100).
(111) الطائرة البلورية: بسبب الترتيب الوثيق للذرات ، فإن معدل الحفر هو أبطأ

على سبيل المثال ، في حل KOH ، تكون نسبة معدل الحفر عادة (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. تتيح هذه الخاصية متباين الخواص الحفر الرطب للتحكم بدقة في مورفولوجيا الهيكل على رقائق السيليكون.

اعتماد الاتجاه البلوري في الحفر الجاف

عادةً ما يظهر الحفر الجاف (مثل حفر البلازما وحفر أيون التفاعل العميق) تباينًا أقوى ، ولكن اعتماد اتجاهه البلوري أضعف. يحقق الحفر الجاف بشكل أساسي إزالة المواد من خلال الجمع بين القصف المادي والتفاعل الكيميائي ، وبالتالي ينعكس تأثير التوجه البلوري بشكل رئيسي في السيطرة على التشكل الجانبي.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل حفر السيليكون

بالإضافة إلى الاتجاه البلوري ، يتأثر معدل حفر السيليكون أيضًا بالعوامل التالية:

درجة الحرارة: زيادة درجة الحرارة بشكل عام تسرع في تفاعل الحفر ، لكن نسبة معدلات الحفر لكل مستوى بلوري لا تزال مستقرة نسبيًا.
تركيز etchant: يمكن أن تعزز تركيزات عالية من eTchants (مثل KOH) تباين الخواص ، في حين أن التركيزات المنخفضة قد تقلل الانتقائية.
تركيز المنشطات: يمكن تقليل معدل الحفر للسيليكون المخدر بشدة (مثل النوع p ++) بشكل كبير ، ويمكن تحقيق التوقف الكهروكيميائي.