קשר בין קצב תחריט סיליקון לבין אוריינטציה קריסטלית

סיליקון (SI) הוא חומר ליבה בתעשיית המוליכים למחצה, וטכנולוגיית העיבוד שלו חיונית לפיתוח מיקרואלקטרוניקה ומערכות מיקרואלקטרומכניות (MEMS). בעיבוד הסיליקון, טכנולוגיית תחריט היא אחד משלבי המפתח להשגת מבני מיקרו-ננו מורכבים. עם זאת, קצב התחריט של הסיליקון אינו אחיד, אלא תלוי מאוד בכיוון של הגביש (כיוון קריסטל). תלות באוריינטציה קריסטלית זו היא תוצאה ישירה של ההבדלים בצפיפות הסידור ובאוריינטציה של קשר כימי של אטומי הסיליקון על מטוסי קריסטל שונים. מאמר זה ידון בפירוט על הקשר בין קצב תחריט סיליקון לבין אוריינטציה גבישית, וינתח את היישום המעשי שלו בעיבוד מיקרו-ננו.

מבנה גביש סיליקון וכיוון קריסטל

סיליקון הוא קריסטל עם מבנה יהלום, והסידור האטומי שלו מראה הבדלים משמעותיים במטוסי קריסטל שונים. מטוסי קריסטל נפוצים כוללים (100), (110) ו- (111) מטוסים.

(100) מישור קריסטל: הסידור האטומי רופף יחסית, והקשרים הכימיים חשופים יותר.
(110) מישור קריסטל: הצפיפות האטומית היא בין (100) ל- (111).
(111) מישור קריסטל: הסידור האטומי הוא הקומפקטי ביותר, והקשרים הכימיים קשה לתקוף על ידי ה- Entant.

ההבדלים בסידור האטומי של מטוסי קריסטל אלה משפיעים ישירות על קצב התחריט, מה שהופך את התנהגות התחריט של מטוסי קריסטל שונים מראים אניסוטרופיה משמעותית.

תלות באוריינטציה של קריסטל בתחריט רטוב

תחריט רטוב הוא אחת הטכניקות הנפוצות בעיבוד סיליקון, במיוחד בתחריט אניסוטרופי. תחריטים נפוצים כוללים תמיסות אלקליין כמו KOH (אשלגן הידרוקסיד) ו- TMAH (Tetramethylammonium hydroxide). שיעורי התחריט של מטוסי קריסטל שונים משתנים באופן משמעותי:

(100) מישור קריסטל: בגלל הסידור הרופף של אטומים, קצב התחריט הוא המהיר ביותר.
(110) מישור קריסטל: קצב התחריט מהיר יותר, אך מעט נמוך יותר מהמטוס (100).
(111) מישור קריסטל: בגלל הסידור ההדוק של האטומים, קצב התחריט הוא האיטי ביותר

לדוגמה, בפתרון KOH, יחס קצב התחריט הוא בדרך כלל (100) :( 110) :( 111)=400: 600: 1. מאפיין אניסוטרופי זה מאפשר לתחריט רטוב לשלוט במדויק על המורפולוגיה של המבנה על פרוס הסיליקון.

תלות באוריינטציה של קריסטל בתחריט יבש

תחריט יבש (כמו תחריט פלזמה ותחריט יון תגובתי עמוק) מציג בדרך כלל אניסוטרופיה חזקה יותר, אך תלות האוריינטציה הקריסטלית שלה חלשה יותר. תחריט יבש משיג בעיקר הסרת חומרים על ידי שילוב של הפצצה פיזית ותגובה כימית, ולכן השפעת האוריינטציה הגבישית באה לידי ביטוי בעיקר בשליטה על מורפולוגיה של דופן.

גורמי מפתח המשפיעים על קצב תחריט הסיליקון

בנוסף לאוריינטציה של קריסטל, קצב תחריט הסיליקון מושפע גם מהגורמים הבאים:

טמפרטורה: עליית הטמפרטורה בדרך כלל מזרזת את תגובת התחריט, אך היחס בין שיעורי התחריט לכל מישור קריסטל נותר יציב יחסית.
ריכוז אטרנט: ריכוזים גבוהים של תחריטים (כמו KOH) יכולים לשפר את האניסוטרופיה, בעוד שריכוזים נמוכים עשויים להפחית את הסלקטיביות.
ריכוז הסמים: ניתן להפחית משמעותית את קצב התחריט של סיליקון מסומם כבד (כמו P ++), ואפילו ניתן להשיג עצירה אלקטרוכימית.