ซิลิคอน (SI) เป็นวัสดุหลักในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และเทคโนโลยีการประมวลผลมีความสำคัญต่อการพัฒนาไมโครอิเล็กทรอนิกส์และระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (MEMS) ในการประมวลผลของซิลิกอนเทคโนโลยีการแกะสลักเป็นหนึ่งในขั้นตอนสำคัญในการบรรลุโครงสร้างไมโคร-นาโนที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตามอัตราการแกะสลักของซิลิกอนนั้นไม่สม่ำเสมอ แต่ขึ้นอยู่กับการวางแนวของผลึก (ทิศทางคริสตัล) การพึ่งพาการวางแนวผลึกนี้เป็นผลโดยตรงจากความแตกต่างในความหนาแน่นของการจัดเรียงและการวางแนวพันธะทางเคมีของอะตอมซิลิกอนบนระนาบคริสตัลที่แตกต่างกัน บทความนี้จะหารือในรายละเอียดเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการแกะสลักซิลิกอนและการวางแนวคริสตัลและวิเคราะห์การใช้งานจริงในการประมวลผล micro-nano
โครงสร้างผลึกซิลิกอนและการวางแนวคริสตัล
ซิลิคอนเป็นคริสตัลที่มีโครงสร้างเพชรและการจัดเรียงอะตอมของมันแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในระนาบคริสตัลที่แตกต่างกัน ระนาบคริสตัลทั่วไป ได้แก่ (100), (110) และ (111) ระนาบ
(100) ระนาบคริสตัล: การจัดเรียงอะตอมค่อนข้างหลวมและพันธะเคมีจะถูกเปิดเผยมากขึ้น
(110) ระนาบคริสตัล: ความหนาแน่นของอะตอมอยู่ระหว่าง (100) และ (111)
(111) ระนาบคริสตัล: การจัดเรียงอะตอมนั้นมีขนาดกะทัดรัดที่สุดและพันธะเคมีนั้นยากที่จะถูกโจมตีโดย etchant
ความแตกต่างในการจัดเรียงอะตอมของระนาบคริสตัลเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่ออัตราการกัดกร่อนทำให้พฤติกรรมการกัดกร่อนของระนาบคริสตัลที่แตกต่างกันแสดง anisotropy อย่างมีนัยสำคัญ
การพึ่งพาการวางแนวคริสตัลในการแกะสลักแบบเปียก
การแกะสลักแบบเปียกเป็นหนึ่งในเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปในการประมวลผลซิลิคอนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกัด anisotropic etchants ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สารละลายอัลคาไลน์เช่น KOH (โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) และ TMAH (tetramethylammonium hydroxide) อัตราการแกะสลักของระนาบคริสตัลที่แตกต่างกันแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ:
(100) ระนาบคริสตัล: เนื่องจากการจัดเรียงแบบหลวมของอะตอมอัตราการแกะสลักจึงเร็วที่สุด
(110) ระนาบคริสตัล: อัตราการแกะสลักเร็วกว่า แต่ต่ำกว่าระนาบ (100) เล็กน้อย
(111) ระนาบคริสตัล: เนื่องจากการจัดเรียงอย่างใกล้ชิดของอะตอมอัตราการแกะสลักจึงช้าที่สุด
ตัวอย่างเช่นในการแก้ปัญหา KOH อัตราส่วนอัตราการแกะสลักมักจะ (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1 คุณสมบัติ anisotropic นี้ช่วยให้การแกะสลักแบบเปียกสามารถควบคุมสัณฐานวิทยาโครงสร้างบนเวเฟอร์ซิลิคอนได้อย่างแม่นยำ
การพึ่งพาการปฐมนิเทศคริสตัลในการแกะสลักแบบแห้ง
การแกะสลักแบบแห้ง (เช่นการแกะสลักพลาสมาและการแกะสลักไอออนปฏิกิริยาลึก) มักจะแสดง anisotropy ที่แข็งแกร่งขึ้น แต่การพึ่งพาการวางแนวคริสตัลนั้นอ่อนแอกว่า การแกะสลักแบบแห้งส่วนใหญ่ประสบความสำเร็จในการกำจัดวัสดุโดยการรวมการทิ้งระเบิดทางกายภาพและปฏิกิริยาทางเคมีดังนั้นอิทธิพลของการวางแนวคริสตัลส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในการควบคุมสัณฐานวิทยาด้านข้าง
ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่ออัตราการแกะสลักซิลิคอน
นอกเหนือจากการวางแนวคริสตัลอัตราการแกะสลักซิลิกอนยังได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่อไปนี้:
อุณหภูมิ: การเพิ่มอุณหภูมิโดยทั่วไปจะเพิ่มความเร็วในการกัดกร่อน แต่อัตราส่วนของอัตราการกัดกร่อนสำหรับระนาบคริสตัลแต่ละอันยังคงค่อนข้างเสถียร
ความเข้มข้นของ Etchant: ความเข้มข้นของ etchants (เช่น KOH) สามารถเพิ่ม anisotropy ในขณะที่ความเข้มข้นต่ำอาจลดการเลือก
ความเข้มข้นของการเติม: อัตราการแกะสลักของซิลิคอนเจือที่มีสารเจืออย่างหนัก (เช่น p ++ ประเภท) สามารถลดลงได้อย่างมีนัยสำคัญและแม้แต่การหยุดทางเคมีไฟฟ้าก็สามารถทำได้
