關(guān)于硅的濕化學蝕刻機理的研究報告

摘要

本文從晶體生長科學的角度回顧了單晶的濕化學蝕刻。起點是有光滑和粗糙的晶體表面。光滑面的動力學是由粗糙面上不存在的成核勢壘控制的。因此后者蝕刻速度更快數(shù)量級。對金剛石晶體結(jié)構(gòu)的分析表明，晶面是該晶格中唯一光滑的面，其他面可能只是因為表面重建而是光滑的。通過這種方式，我們解釋了在<001>方向上KOH：H20中的最小值。實驗對HF：HN03溶液中接近<001>的最小蝕刻率的形狀和從各向同異性向各向異性蝕刻的過渡進行了兩個關(guān)鍵預(yù)測。結(jié)果與理論結(jié)果一致。

介紹

本文從晶體生長科學的角度回顧了單晶的濕化學蝕刻。起點是有光滑和粗糙的晶體表面。光滑面的動力學是由粗糙面上不存在的成核勢壘控制的。因此后者蝕刻速度更快數(shù)量級。對金剛石晶體結(jié)構(gòu)的分析表明，晶面是該晶格中唯一光滑的面，其他面可能只是因為表面重建而是光滑的。通過這種方式，我們解釋了在<001>方向上KOH：H20中的最小值。實驗對HF：HN03溶液中接近<001>的最小蝕刻率的形狀和從各向同異性向各向異性蝕刻的過渡進行了兩個關(guān)鍵預(yù)測。結(jié)果與理論結(jié)果一致。

在本文中，我們添加了一些新的實驗結(jié)果來支持這里給出的觀點。特別是，我們更詳細地研究了氫氧化鉀蝕刻硅蝕刻酸對接近<100>方向的晶體方向的依賴性，并研究了HF：HN03：CH3COOH向各向異性硅蝕刻的轉(zhuǎn)變。

理論

該理論的結(jié)果如下：

(i)粗糙晶體面蝕刻速度比光滑晶體面快得多。

(ii)光滑晶體面的活化能包含一個臨界核的自由能。

(iii)△u和y都取決于蝕刻劑的類型

(iv)靠近光滑面的錯位意味著步驟；不需要成核來蝕刻。

(v)對蝕刻數(shù)據(jù)的分析可以為真實晶體表面的物理狀態(tài)提供線索。

(vi)晶體的平衡形式主要是平面，即表面自由能（表面張力）最小的面。

(vii)如果不飽和度大到AG*<

實驗

在圖中。6我們展示了這種效應(yīng)，在2英寸<111>的硅晶片上的圓形氧化物+CRAU掩模在HF：HN03：CH3COOH（2：15：5）的攪拌溶液中去除。該溶液的體積為400ml。晶片被水平放置在燒杯中。雖然一開始未干燥的柱是完全圓柱形的，20分鐘后，在晚上100點蝕刻到<111>定向晶片中，平坦的區(qū)域開始發(fā)展，顯示出人們期望對（111）硅面晶體效應(yīng)的六倍對稱。在圖6中可以看到的頂點指向<111>方向，表明蝕殼鹽在這個方向上有最小值。

討論

在<100>方向上的最小腐蝕速率意味著我們認為，當它們與我們在實驗中研究的氫氧化鉀溶液接觸時，{100}面是平坦的。只有在表面被重建或表面上的吸附層以某種方式穩(wěn)定時，這才有可能實現(xiàn)。據(jù)我們所知，這是第一次給出了一些與蝕刻溶液接觸的硅表面的表面重建的證據(jù)。

我們考慮了當不飽和度降低時，各向同性蝕刻向各向異性蝕刻的轉(zhuǎn)變，作為濕式化學蝕刻上晶體生長視圖的臨界測試。實驗結(jié)果與理論預(yù)測的一致性似乎相當令人信服。然而，在未來，需要進行更多的實驗，以給出更定量的見解。目前，我們對熱力學數(shù)據(jù)的了解很差，無法進行定量討論。如果這些數(shù)據(jù)是已知的，就可以從觀察從各向同性蝕刻到各向異性蝕刻過渡到各向同性蝕刻劑中硅的{111}面上階躍的邊緣自由能。

從我們的實驗中，我們可以估計出向各向異性蝕刻的過渡發(fā)生的實際X，但我們不知道Xeq.γ反過來應(yīng)該與溶解的熱有關(guān)，這似乎也不清楚。

結(jié)論

本文中單晶各向同異性和各向異性濕式化學蝕刻的晶體生長觀點為理解蝕刻過程的物理化學機制提供了重要的一步。在介紹中列出的流程的主要特性至少可以定性地理解。為了進行更定量的討論，必須知道更多的蝕刻溶液的熱力學性質(zhì)。等位奧運和各向異性蝕刻的實驗結(jié)果支持了本文提出的模型。