各向异性润湿过程中的表面形态

引言

各向异性湿式化学蚀刻仍然是硅技术中应用最广泛的加工技术。它的广泛存在不仅是因为它的易于使用和低成本，而且还因为它提供了相当光滑的表面，没有对体积造成物理损害。越来越多的微机械装置的性能需要非常光滑的表面，并且需要找到精确的生产条件。很明显，有必要提高对一般过程的理解，特别是对导致蚀刻表面的特征形态特征的机制。

在各向异性湿化学刻蚀过程中，在晶体硅的取向依赖的表面形貌中观察到的丰富的微米尺度特征起源于原子尺度。实际的蒙特卡罗模拟表明，Si（100）上的金字塔山丘是溶液中（金属）杂质使分布的顶端原子局部稳定的结果。在没有这种稳定性的情况下，由于（单层深）坑成核和（各向同性）阶梯传播之间的各向异性，在Si（100）上形成了浅的圆坑。（江苏英思特半导体科技有限公司）

实验

在这里，p0α和Eα是描述不同表面原子类型的参数（α = 1、2A、2B、2C、3A、3B）。请注意，所有位点类型的局部能量E都是使用相同的表达式（方程式(3)）来计算的，而不是独立于α的值。使用函数max（0，E−Eα）来符合大都会算法。然而，这在模拟中是一个罕见的事件，并且对表面的演化没有可测量的影响。这些原子一旦遇到，就被移除（以单位概率）。因此，在这个模型中，这个表面包含了六种类型的原子。还需要注意的是，由于终止物种H和OH在表面位置周围的可能组合不同，即使对于相同类型α的原子，Eα= E−Eα的活化能也会取不同的值。（江苏英思特半导体科技有限公司）

表1.案例A和案例B的参数汇总表。

图3中使用了一系列快照来显示锥体山丘形成的典型成核机制。由于溶液中两个金属杂质原子/离子的附着，初始顶端原子稳定，使山丘成核。请注意，虽然没有显示，但这两个杂质的附着是顺序的（即它通常不会同时发生）。在模拟中，我们假设杂质与单配位的硅原子相互作用，并在瞬间取代它们。有效地，金属杂质是由单键硅子表示。其上的金属杂质的数量通过调整参数e1和p1进入单配位硅的去除概率来控制表面。

图2：Si（100）的表面纹理化图。

图3.小丘成核机理

结果和讨论

图16(e)显示了情况A中的蚀刻速率，作为相对于（110）或（111）的定向错误的函数，具体取决于情况。最大蚀刻速率为（100）。（110）显示了朝向（101）和（100）错位的一个尖锐的局部最小值。然而，（110）是一个局部最大值，作为朝向（111）的错位的函数。（111）是一个全球尖锐的最小值。注意，图16(e)中的平滑曲线对应于根据表达R∝新浪(α)（α是错位）区域（110）—（100）、（110）—（101）和（111）—（100），根据区域（110）-（111）。有趣的是，指数a遵循阿伦尼乌斯行为，如图16(f)所示。这意味着，通过知道指数的温度依赖性，蚀刻率可以被插值到任何相关的方向。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图16.(a)-(d)案例A的蚀刻率的阿伦尼乌斯行为。

结论

结果表明，最相关的表面特征观察在各向异性湿化学蚀刻的晶体硅，如金字塔丘和浅圆坑（100），鼻子曲折在附近（110），多边形和直梯田在附近（111）和三角坑确切（111），在原子尺度的起源。结论表明，（100）上的金字塔山丘是溶液中（金属）杂质使分布的顶端原子局部稳定的结果。为了解决杂质原子是取代单配位硅（如本研究中假设的）还是杂质简单地终止它们或以更复杂的方式相互作用，还需要进一步的技术问题。此外，还应考虑到这些杂质可能催化硅的再沉积的可能性。（江苏英思特半导体科技有限公司）

审核编辑 黄宇