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矽的溼化學蝕刻機理

摘要

本文從晶體生長科學的角度回顧了單晶的溼化學蝕刻。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。因此後者蝕刻速度更快數量級。對金剛石晶體結構的分析表明,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。透過這種方式,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鍵預測。結果與理論結果一致。

理論

該理論的結果如下:

1、粗糙晶體面蝕刻速度比光滑晶體面快得多

2、光滑晶體面的活化能包含一個臨界核的自由能

3、△u和y都取決於蝕刻劑的型別

4、靠近光滑面的錯位意味著步驟;不需要成核來蝕刻

5、對蝕刻資料的分析可以為真實晶體表面的物理狀態提供線索

6、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

7、如果不飽和度大到AG*<<kT,成核勢壘就會失效。

實驗

在圖6中,我們展示了這種效應,在2英寸<111>的矽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。雖然一開始未乾燥的柱是完全圓柱形的,20分鐘後,在晚上100點蝕刻到<111>定向晶片中,平坦的區域開始發展,顯示出人們期望對(111)矽面晶體效應的六倍對稱。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。

圖6 在矽深處<111>定向晶片蝕刻環的圓形掩模下蝕刻的柱的示照片。在早期的階段,柱保持圓柱形,正如人們所期望的各向同性蝕刻。侵蝕時間為40分鐘

結論

本文中單晶各向同異性和各向異性溼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。等位奧運和各向異性蝕刻的實驗結果支援了本文提出的模型。

分類: 歷史
時間: 2021-12-06

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