华林科纳关于硅的湿化学蚀刻机理的研究报告

摘要

本文从晶体生长科学的角度回顾了单晶的湿化学蚀刻。起点是有光滑和粗糙的晶体表面。光滑面的动力学是由粗糙面上不存在的成核势垒控制的。因此后者蚀刻速度更快数量级。对金刚石晶体结构的分析表明，晶面是该晶格中唯一光滑的面，其他面可能只是因为表面重建而是光滑的。通过这种方式，我们解释了在<001>方向上KOH：H20中的最小值。实验对HF：HN03溶液中接近<001>的最小蚀刻率的形状和从各向同异性向各向异性蚀刻的过渡进行了两个关键预测。结果与理论结果一致。

介绍

本文从晶体生长科学的角度回顾了单晶的湿化学蚀刻。起点是有光滑和粗糙的晶体表面。光滑面的动力学是由粗糙面上不存在的成核势垒控制的。因此后者蚀刻速度更快数量级。对金刚石晶体结构的分析表明，晶面是该晶格中唯一光滑的面，其他面可能只是因为表面重建而是光滑的。通过这种方式，我们解释了在<001>方向上KOH：H20中的最小值。实验对HF：HN03溶液中接近<001>的最小蚀刻率的形状和从各向同异性向各向异性蚀刻的过渡进行了两个关键预测。结果与理论结果一致。

在本文中，我们添加了一些新的实验结果来支持这里给出的观点。特别是，我们更详细地研究了氢氧化钾蚀刻硅蚀刻酸对接近<100>方向的晶体方向的依赖性，并研究了HF：HN03：CH3COOH向各向异性硅蚀刻的转变。

理论

该理论的结果如下：

(i)粗糙晶体面蚀刻速度比光滑晶体面快得多。

(ii)光滑晶体面的活化能包含一个临界核的自由能。

(iii) u和y都取决于蚀刻剂的类型

(iv)靠近光滑面的错位意味着步骤；不需要成核来蚀刻。

(v)对蚀刻数据的分析可以为真实晶体表面的物理状态提供线索。

(vi)晶体的平衡形式主要是平面，即表面自由能（表面张力）最小的面。

(vii)如果不饱和度大到AG*<，成核势垒就会失效。

实验

在图中。6我们展示了这种效应，在2英寸<111>的硅晶片上的圆形氧化物+CRAU掩模在HF：HN03：CH3COOH（2：15：5）的搅拌溶液中去除。该溶液的体积为400ml。晶片被水平放置在烧杯中。虽然一开始未干燥的柱是完全圆柱形的，20分钟后，在晚上100点蚀刻到<111>定向晶片中，平坦的区域开始发展，显示出人们期望对（111）硅面晶体效应的六倍对称。在图6中可以看到的顶点指向<111>方向，表明蚀壳盐在这个方向上有最小值。

讨论

在<100>方向上的最小腐蚀速率意味着我们认为，当它们与我们在实验中研究的氢氧化钾溶液接触时，{100}面是平坦的。只有在表面被重建或表面上的吸附层以某种方式稳定时，这才有可能实现。据我们所知，这是第一次给出了一些与蚀刻溶液接触的硅表面的表面重建的证据。

我们考虑了当不饱和度降低时，各向同性蚀刻向各向异性蚀刻的转变，作为湿式化学蚀刻上晶体生长视图的临界测试。实验结果与理论预测的一致性似乎相当令人信服。然而，在未来，需要进行更多的实验，以给出更定量的见解。目前，我们对热力学数据的了解很差，无法进行定量讨论。如果这些数据是已知的，就可以从观察从各向同性蚀刻到各向异性蚀刻过渡到各向同性蚀刻剂中硅的{111}面上阶跃的边缘自由能。

从我们的实验中，我们可以估计出向各向异性蚀刻的过渡发生的实际X，但我们不知道Xeq.γ反过来应该与溶解的热有关，这似乎也不清楚。

结论

本文中单晶各向同异性和各向异性湿式化学蚀刻的晶体生长观点为理解蚀刻过程的物理化学机制提供了重要的一步。在介绍中列出的流程的主要特性至少可以定性地理解。为了进行更定量的讨论，必须知道更多的蚀刻溶液的热力学性质。等位奥运和各向异性蚀刻的实验结果支持了本文提出的模型。