M111N蝕刻速率，在堿性溶液中蝕刻硅

本文講述了我們?nèi)A林科納研究了M111N蝕刻速率最小值的高度，以及決定它的蝕刻機(jī)制，在涉及掩模的情況下，M111N最小值的高度可以受到硅/掩模結(jié)處的成核的影響，以這種方式影響蝕刻或生長(zhǎng)速率的結(jié)可以被認(rèn)為是一個(gè)速度源，這是我們提出的一個(gè)數(shù)學(xué)概念，也適用于位錯(cuò)和晶界，速度源的活動(dòng)取決于相關(guān)的M111N平面與掩模之間的夾角，因此在微觀機(jī)械結(jié)構(gòu)中蝕刻的薄壁相對(duì)的M111N側(cè)可以有不同的值。

在圖1a中，示出了S 100T單晶硅爐和部分覆蓋它的惰性掩模的橫截面，將這種圖案化的晶片暴露于各向異性蝕刻劑將導(dǎo)致襯底蝕刻，如隨后的截面圖所示(圖1 b-g)，結(jié)果是在晶片的開(kāi)口(左側(cè))和V形槽(右側(cè))之間有一個(gè)非常薄的板，這種薄板可用作微流體處理中的被動(dòng)閥。使用與以前相同的技術(shù)，在雙面拋光的S100單晶硅片上蝕刻M 111N板，襯底背面的掩模開(kāi)口向右變寬(圖1)，測(cè)量了作為時(shí)間函數(shù)的板兩側(cè)的欠蝕刻，使用光學(xué)顯微鏡確定欠蝕刻。

在上圖a中，這種測(cè)量的結(jié)果顯示在圖表中，蝕刻階段c(圖1)在大約360分鐘時(shí)達(dá)到，從那時(shí)起，觀察到板左側(cè)的RUE顯著增加(圖b)，根據(jù)該圖中的斜率，我們確定上部線的RUE為24nm/min，下部線的RUE為7.5 nm/min，這導(dǎo)致RUE的兩個(gè)值相差約3倍。

對(duì)RUE出現(xiàn)兩個(gè)不同值這一事實(shí)的解釋，可以在111N面的腐蝕機(jī)理中找到，用光學(xué)顯微鏡和微分干涉對(duì)比技術(shù)(DICM)檢查了板的兩面，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的表面結(jié)構(gòu)明顯不同，在右側(cè)，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)表面上出現(xiàn)輕微的六邊形偏心蝕坑，在左側(cè)，發(fā)現(xiàn)圓形的、成束的、階梯狀的結(jié)構(gòu)起源于上邊緣，即掩模與板連接的同一邊緣。

從這些觀察中，得出結(jié)論:欠蝕刻速率的差異是由掩模和M 111N硅表面之間的角度差異引起的，并且與該角度差異相關(guān)，不可能用一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何因子把它們中的一個(gè)與RM 111 N聯(lián)系起來(lái)，因此，我們傾向于將各向異性系數(shù)定義為RM 100 N /RUE。在現(xiàn)今存在的運(yùn)動(dòng)波理論中，這種不同RUE的影響無(wú)法解釋，因?yàn)閲?yán)格地說(shuō)，運(yùn)動(dòng)波理論只能應(yīng)用于自由浮動(dòng)的完美單晶，對(duì)于三個(gè)或三個(gè)以上交界面相交成一條線或交界面與位錯(cuò)之間的情況，必須在邊界位置考慮某些邊界條件，這在Shaw基于運(yùn)動(dòng)波理論的眾所周知的幾何構(gòu)造中是沒(méi)有認(rèn)識(shí)到的，這些邊界條件在微觀或宏觀上影響界面的形狀，在這種情況下，它們的影響是宏觀的:真實(shí)的差異。

第一個(gè)條件是遮罩定義了表面的末端——這是微不足道的，但它不會(huì)影響移動(dòng)表面的方向；第二個(gè)邊界條件確定了方位；第二個(gè)邊界條件由機(jī)械平衡條件或成核統(tǒng)計(jì)給出(特別是對(duì)于刻面表面，蝕刻速率取決于梯級(jí)的成核速率)。忽略第二個(gè)邊界條件意味著RUE值不變，RUE的常數(shù)值在幾何上與RM 111 N相關(guān)，這是從凹面球體蝕刻實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的，其中沒(méi)有增加成核速率的結(jié)論，在我們的情況下，相關(guān)的第二個(gè)邊界條件是提到的“成核邊界條件”，它指出，一定的刻蝕速率是由結(jié)附近的臺(tái)階形核所決定的，這是因?yàn)榻Y(jié)上的原子比平面上的原子更容易被蝕刻去除，因?yàn)榭傛I能較低，因?yàn)椴钪等Q于m111平面和掩模之間的角度，所以測(cè)得的RUE也將取決于這個(gè)角度，當(dāng)然，由于成核的梯級(jí)鏈，方向也會(huì)與S 111T略有不同。

可以注意到，速度源行為同樣可以由更微小的效應(yīng)引起，例如不規(guī)則前進(jìn)的微裂紋或硅和掩模之間的晶界，甚至掩模下面的臟表面，速度源概念適用于所有情況，只有機(jī)制的性質(zhì)和規(guī)模不同，速度源的概念可能會(huì)影響對(duì)m111最小值的解釋。

在我們的例子中，硅/掩模結(jié)的影響可能取決于邊緣角度、掩模材料和溫度，驗(yàn)證這種行為的實(shí)驗(yàn)?zāi)壳罢谶M(jìn)行中。已經(jīng)用DICM光學(xué)顯微鏡證明，硅中M 111N平面的腐蝕機(jī)理不僅取決于引言中提到的參數(shù)，而且還取決于它們相對(duì)于掩模的取向，這會(huì)影響RUE，因?yàn)镽UE是由硅/掩模結(jié)引起的臺(tái)階形核過(guò)程決定的，所以RUE現(xiàn)在不能通過(guò)幾何因子與RM 111 N相關(guān)，我們把這種效應(yīng)稱為速度源，因此傾向于使用RM 100n/rue作為各向異性系數(shù)。

審核編輯：符乾江