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速率的結(jié)可以被認(rèn)為是一個速度源，這是我們提出的一個數(shù)學(xué)概念，也適用于位錯和晶界，速度源的活動取決于相關(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)果是在晶片的開口(左側(cè))和V形槽(右側(cè))之間有一個非常薄的板，這種薄板可用作微流體處理中的被動閥。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，襯底背面的掩模開口向右變寬(圖1)，測量了作為時間函數(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分鐘時達(dá)到，從那時起，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的兩個值相差約3倍。

對RUE出現(xiàn)兩個不同值這一事實(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)，不可能用一個簡單的幾何因子把它們中的一個與RM 111 N聯(lián)系起來，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)動波理論中，這種不同RUE的影響無法解釋，因?yàn)閲?yán)格地說，運(yùn)動波理論只能應(yīng)用于自由浮動的完美單晶，對于三個或三個以上交界面相交成一條線或交界面與位錯之間的情況，必須在邊界位置考慮某些邊界條件，這在Shaw基于運(yùn)動波理論的眾所周知的幾何構(gòu)造中是沒有認(rèn)識到的，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。

第一個條件是遮罩定義了表面的末端——這是微不足道的，但它不會影響移動表面的方向；第二個邊界條件確定了方位；第二個邊界條件由機(jī)械平衡條件或成核統(tǒng)計給出(特別是對于刻面表面，蝕刻速率取決于梯級的成核速率)。忽略第二個邊界條件意味著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，所以測得的RUE也將取決于這個角度，當(dāng)然，由于成核的梯級鏈，方向也會與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影響對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于掩模的取向，這會影響RUE，因?yàn)镽UE是由硅/掩模結(jié)引起的臺階形核過程決定的，所以RUE現(xiàn)在不能通過幾何因子與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