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摘要

? ? ? 本文從晶體生長(zhǎng)科學(xué)的角度回顧了單晶的濕化學(xué)蝕刻。起點(diǎn)是有光滑和粗糙的晶體表面。光滑面的動(dòng)力學(xué)是由粗糙面上不存在的成核勢(shì)壘控制的。因此后者蝕刻速度更快數(shù)量級(jí)。對(duì)金剛石晶體結(jié)構(gòu)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?yàn)楸砻嬷亟ǘ枪饣?。通過(guò)這種方式，我們解釋了在<001>方向上KOH：H20中的最小值。實(shí)驗(yàn)對(duì)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(guò)渡進(jìn)行了兩個(gè)關(guān)鍵預(yù)測(cè)。結(jié)果與理論結(jié)果一致。

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介紹

? ? ? 本文從晶體生長(zhǎng)科學(xué)的角度回顧了單晶的濕化學(xué)蝕刻。起點(diǎn)是有光滑和粗糙的晶體表面。光滑面的動(dòng)力學(xué)是由粗糙面上不存在的成核勢(shì)壘控制的。因此后者蝕刻速度更快數(shù)量級(jí)。對(duì)金剛石晶體結(jié)構(gòu)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?yàn)楸砻嬷亟ǘ枪饣?。通過(guò)這種方式，我們解釋了在<001>方向上KOH：H20中的最小值。實(shí)驗(yàn)對(duì)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(guò)渡進(jìn)行了兩個(gè)關(guān)鍵預(yù)測(cè)。結(jié)果與理論結(jié)果一致。

在本文中，我們添加了一些新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)支持這里給出的觀點(diǎn)。特別是，我們更詳細(xì)地研究了氫氧化鉀蝕刻硅蝕刻酸對(duì)接近<100>方向的晶體方向的依賴性，并研究了HF：HN03：CH3COOH向各向異性硅蝕刻的轉(zhuǎn)變。

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理論

? ? ? 該理論的結(jié)果如下：

? ? ? (i)粗糙晶體面蝕刻速度比光滑晶體面快得多。

? ? ? (ii)光滑晶體面的活化能包含一個(gè)臨界核的自由能。

? ? ? (iii)△u和y都取決于蝕刻劑的類型

? ? ? (iv)靠近光滑面的錯(cuò)位意味著步驟；不需要成核來(lái)蝕刻。

? ? ? (v)對(duì)蝕刻數(shù)據(jù)的分析可以為真實(shí)晶體表面的物理狀態(tài)提供線索。

? ? ? (vi)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。

? ? ? (vii)如果不飽和度大到AG*<

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圖5 001>取向硅晶片的釋放速率變化

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實(shí)驗(yàn)

? ? ? 在圖6我們展示了這種效應(yīng)，在2英寸<111>的硅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。雖然一開始未干燥的柱是完全圓柱形的，20分鐘后，在晚上100點(diǎn)蝕刻到<111>定向晶片中，平坦的區(qū)域開始發(fā)展，顯示出人們期望對(duì)（111）硅面晶體效應(yīng)的六倍對(duì)稱。在圖6中可以看到的頂點(diǎn)指向<111>方向，表明蝕殼鹽在這個(gè)方向上有最小值。

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圖6在硅深處<111>定向晶片蝕刻環(huán)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(shí)間為40分鐘

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討論

? ? ? 在<100>方向上的最小腐蝕速率意味著我們認(rèn)為，當(dāng)它們與我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中研究的氫氧化鉀溶液接觸時(shí)，{100}面是平坦的。只有在表面被重建或表面上的吸附層以某種方式穩(wěn)定時(shí)，這才有可能實(shí)現(xiàn)。據(jù)我們所知，這是第一次給出了一些與蝕刻溶液接觸的硅表面的表面重建的證據(jù)。

? ? ? 我們考慮了當(dāng)不飽和度降低時(shí)，各向同性蝕刻向各向異性蝕刻的轉(zhuǎn)變，作為濕式化學(xué)蝕刻上晶體生長(zhǎng)視圖的臨界測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)的一致性似乎相當(dāng)令人信服。然而，在未來(lái)，需要進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，以給出更定量的見解。目前，我們對(duì)熱力學(xué)數(shù)據(jù)的了解很差，無(wú)法進(jìn)行定量討論。如果這些數(shù)據(jù)是已知的，就可以從觀察從各向同性蝕刻到各向異性蝕刻過(guò)渡到各向同性蝕刻劑中硅的{111}面上階躍的邊緣自由能。

? ? ? 從我們的實(shí)驗(yàn)中，我們可以估計(jì)出向各向異性蝕刻的過(guò)渡發(fā)生的實(shí)際X，但我們不知道Xeq.γ反過(guò)來(lái)應(yīng)該與溶解的熱有關(guān)，這似乎也不清楚。

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結(jié)論

? ? ? 本文中單晶各向同異性和各向異性濕式化學(xué)蝕刻的晶體生長(zhǎng)觀點(diǎn)為理解蝕刻過(guò)程的物理化學(xué)機(jī)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(jìn)行更定量的討論，必須知道更多的蝕刻溶液的熱力學(xué)性質(zhì)。等位奧運(yùn)和各向異性蝕刻的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了本文提出的模型。

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