실리콘 (SI)은 반도체 산업의 핵심 재료이며, 처리 기술은 미세 전자 및 마이크로 전자 역학 시스템 (MEMS)의 개발에 중요합니다. 실리콘 처리에서 에칭 기술은 복잡한 마이크로-나노 구조를 달성하기위한 주요 단계 중 하나입니다. 그러나, 실리콘의 에칭 속도는 균일하지 않지만 결정의 방향 (결정 방향)에 크게 의존한다. 이 결정 방향 의존성은 상이한 결정 평면에서 실리콘 원자의 배열 밀도 및 화학적 결합 방향의 차이의 직접적인 결과이다. 이 기사는 실리콘 에칭 속도와 결정 방향의 관계에 대해 자세히 논의하고 마이크로-나노 처리에서 실제 적용을 분석합니다.
실리콘 결정 구조 및 결정 방향
실리콘은 다이아몬드 구조를 가진 결정이며, 원자 배열은 다른 결정 평면에서 유의 한 차이를 보여줍니다. 일반적인 결정 평면에는 (100), (110) 및 (111) 평면이 포함됩니다.
(100) 결정 평면 : 원자 배열은 비교적 느슨하고 화학 결합이 더 노출된다.
(110) 결정 평면 : 원자 밀도는 (100)과 (111) 사이입니다.
(111) 결정 평면 : 원자 배열이 가장 작고 화학적 결합은 식기에 의해 공격하기가 어렵다.
이들 결정면의 원자 배열의 차이는 에칭 속도에 직접 영향을 미치며, 상이한 결정 평면의 에칭 거동이 상당한 이방성을 나타낸다.
습식 에칭에서의 결정 방향 의존성
습식 에칭은 실리콘 처리, 특히 이방성 에칭에서 일반적으로 사용되는 기술 중 하나입니다. 일반적으로 사용되는에 chants에는 KOH (수산화 칼륨) 및 TMAH (테트라 메틸 암모늄 수산화물)와 같은 알칼리성 용액이 포함됩니다. 다른 결정 평면의 에칭 속도는 크게 다릅니다.
(100) 결정 평면 : 원자의 느슨한 배열로 인해 에칭 속도가 가장 빠릅니다.
(110) 결정 평면 : 에칭 속도는 더 빠르지 만 (100) 평면보다 약간 낮습니다.
(111) 결정 평면 : 원자의 밀접한 배열로 인해 에칭 속도는 가장 느립니다.
예를 들어, KOH 솔루션에서, 에칭 속도 비율은 일반적으로 (100) :( 110) :( 111)=400 : 600 : 1입니다. 이 이방성 특성은 습식 에칭이 실리콘 웨이퍼의 구조 형태를 정확하게 제어 할 수있게합니다.
건식 에칭에서의 결정 방향 의존성
건식 에칭 (예 : 플라즈마 에칭 및 심한 반응성 이온 에칭)은 일반적으로 더 강한 이방성을 나타내지 만 결정 방향 의존성은 약합니다. 건식 에칭은 주로 물리적 폭격 및 화학 반응을 결합하여 재료 제거를 달성하므로 결정 방향의 영향은 주로 측벽 형태의 제어에 반영됩니다.
실리콘 에칭 속도에 영향을 미치는 주요 요인
결정 방향 외에도 실리콘 에칭 속도는 다음과 같은 요인에 의해 영향을받습니다.
온도 : 온도 증가는 일반적으로 에칭 반응 속도를 높이지만 각 결정 평면의 에칭 속도의 비율은 비교적 안정적으로 남아 있습니다.
ETCHANT 농도 : 고농도의 에테치 (KOH 등)는 이방성을 향상시킬 수 있지만 낮은 농도는 선택성을 감소시킬 수 있습니다.
도핑 농도 : 심하게 도핑 된 실리콘 (예 : p ++ 유형)의 에칭 속도는 상당히 감소 될 수 있으며 심지어 전기 화학적 정지조차도 달성 될 수 있습니다.
