各向異性潤濕過程中的表面形態(tài)

引言

各向異性濕式化學蝕刻仍然是硅技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的加工技術(shù)。它的廣泛存在不僅是因為它的易于使用和低成本，而且還因為它提供了相當光滑的表面，沒有對體積造成物理損害。越來越多的微機械裝置的性能需要非常光滑的表面，并且需要找到精確的生產(chǎn)條件。很明顯，有必要提高對一般過程的理解，特別是對導致蝕刻表面的特征形態(tài)特征的機制。

在各向異性濕化學刻蝕過程中，在晶體硅的取向依賴的表面形貌中觀察到的豐富的微米尺度特征起源于原子尺度。實際的蒙特卡羅模擬表明，Si（100）上的金字塔山丘是溶液中（金屬）雜質(zhì)使分布的頂端原子局部穩(wěn)定的結(jié)果。在沒有這種穩(wěn)定性的情況下，由于（單層深）坑成核和（各向同性）階梯傳播之間的各向異性，在Si（100）上形成了淺的圓坑。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

實驗

在這里，p0α和Eα是描述不同表面原子類型的參數(shù)（α = 1、2A、2B、2C、3A、3B）。請注意，所有位點類型的局部能量E都是使用相同的表達式（方程式(3)）來計算的，而不是獨立于α的值。使用函數(shù)max（0，E?Eα）來符合大都會算法。然而，這在模擬中是一個罕見的事件，并且對表面的演化沒有可測量的影響。這些原子一旦遇到，就被移除（以單位概率）。因此，在這個模型中，這個表面包含了六種類型的原子。還需要注意的是，由于終止物種H和OH在表面位置周圍的可能組合不同，即使對于相同類型α的原子，Eα= E?Eα的活化能也會取不同的值。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

表1.案例A和案例B的參數(shù)匯總表。

圖3中使用了一系列快照來顯示錐體山丘形成的典型成核機制。由于溶液中兩個金屬雜質(zhì)原子/離子的附著，初始頂端原子穩(wěn)定，使山丘成核。請注意，雖然沒有顯示，但這兩個雜質(zhì)的附著是順序的（即它通常不會同時發(fā)生）。在模擬中，我們假設(shè)雜質(zhì)與單配位的硅原子相互作用，并在瞬間取代它們。有效地，金屬雜質(zhì)是由單鍵硅子表示。其上的金屬雜質(zhì)的數(shù)量通過調(diào)整參數(shù)e1和p1進入單配位硅的去除概率來控制表面。

圖2：Si（100）的表面紋理化圖。

圖3.小丘成核機理

結(jié)果和討論

圖16(e)顯示了情況A中的蝕刻速率，作為相對于（110）或（111）的定向錯誤的函數(shù)，具體取決于情況。最大蝕刻速率為（100）。（110）顯示了朝向（101）和（100）錯位的一個尖銳的局部最小值。然而，（110）是一個局部最大值，作為朝向（111）的錯位的函數(shù)。（111）是一個全球尖銳的最小值。注意，圖16(e)中的平滑曲線對應(yīng)于根據(jù)表達R∝新浪(α)（α是錯位）區(qū)域（110）—（100）、（110）—（101）和（111）—（100），根據(jù)區(qū)域（110）-（111）。有趣的是，指數(shù)a遵循阿倫尼烏斯行為，如圖16(f)所示。這意味著，通過知道指數(shù)的溫度依賴性，蝕刻率可以被插值到任何相關(guān)的方向。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

圖16.(a)-(d)案例A的蝕刻率的阿倫尼烏斯行為。

結(jié)論

結(jié)果表明，最相關(guān)的表面特征觀察在各向異性濕化學蝕刻的晶體硅，如金字塔丘和淺圓坑（100），鼻子曲折在附近（110），多邊形和直梯田在附近（111）和三角坑確切（111），在原子尺度的起源。結(jié)論表明，（100）上的金字塔山丘是溶液中（金屬）雜質(zhì)使分布的頂端原子局部穩(wěn)定的結(jié)果。為了解決雜質(zhì)原子是取代單配位硅（如本研究中假設(shè)的）還是雜質(zhì)簡單地終止它們或以更復雜的方式相互作用，還需要進一步的技術(shù)問題。此外，還應(yīng)考慮到這些雜質(zhì)可能催化硅的再沉積的可能性。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

審核編輯 黃宇