原创 《炬丰科技-半导体工艺》晶体硅湿法化学蚀刻过程中的表面形貌

原子模型

各向异性湿法化学蚀刻是一种非平衡过程，其中微观 粗糙度和形态以及宏观取向相关的蚀刻速率由微观（原子）反应速率的相对值决定。Gosa´lvez 等人 已经表明，位点特异性速率的（大）差异的起源是在两种微观机制中发现的：表面原子的 OH 终止后反键的减弱和 终止物种（H / OH）之间存在显着相互作用。反键的减弱仅取决于连接到共享键的两个原子上的羟基总数，而与两个原子之间 OH 基团的特定分布无关。

金字塔形丘陵

据报道，许多蚀刻剂（例如肼）会形成小丘=, 乙二胺焦儿茶酚 (EDP)  氢氧化铵 (NH4OH= 四甲基氢氧化铵 (TMAH)  尤其是氢氧化钾 (KOH) , 。在低放大倍数下，小丘表现为规则的五面体，由位于 (100) 基面上的四个横向 111 晶面组成。仔细检查后，小丘显示出更复杂的形态，其偏离基本金字塔形状的方式取决于特定的实验条件。例如，Tan 等人描述了 KOH 蚀刻后的近锥体小丘 被八架 567 家族飞机包围与四架 111 飞机相差几度。由于材料从顶部和四个近 110 边缘的去除速度相对较快，而与从 111 平面本身的材料去除速度较慢（剖面图）。‘

宏观蚀刻速率

表面最终被纹理化（即被小丘覆盖）这一事实对宏观蚀刻速率的值有显着影响，如图 >5 显示。作为时间的函数，蚀刻速率经历大的变化（大约两个数量级）。这对蚀刻速率的实验测量具有重要意义，因为通常确定的总蚀刻深度与总时间的比率成为一个不明确的数量。该比率仅对两种（极端）情况具有物理意义：

当表面纹理化还远未完成时，在这种情况下，它将提供对初始较大斜率的良好估计，并且

当考虑的总时间过长时，相对而言，在蚀刻过程开始后不久就达到了完全的纹理化。在这种情况下，该比率将提供较小斜率的近似值。

取决于温度和覆盖范围

一定时间内刻蚀后的小丘密度随着温度的升高而显着增加（图 (a)–(d)) 并随着覆盖范围的增加而减少（数字 >6(e)– (h))，与实验一致 。为了获得与蚀刻持续时间无关的小丘数量的温度依赖性的定量测量，我们考虑小丘形成的速率，定义为在完成之前作为时间函数的金字塔数量的线性增加的斜率表面纹理化（图>7（一种））。请注意，小丘的密度应随时间线性增加，这反映了这样一个事实：对于固定的温度和浓度，小丘成核是一个完全随机的过程，因此，等待的时间越长，观察到的过程数量就越多。如图所示>7(b)，小丘形成的速度遵循阿伦尼乌斯对温度的依赖，与实验一致。但是请注意，与报告的实验密度相比，模拟中产生的小丘密度很大（数量级）。这是由于这样一个事实，从计算的角度来看，对于包含较小密度的较大金字塔的非常大的系统，实现小丘密度对温度和覆盖范围的依赖性的统计准确确定变得过于昂贵。