书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：Si晶片表面上由Si面形成的角的蚀刻特性
编号：JFKJ-21-
作者：炬丰科技
引言
在湿各向异性蚀刻剂中，由面相交形成的微结构中的凹角和凸角的蚀刻特性完全相反。凸角受到碱性蚀刻剂的严重侵蚀，而凹角不受影响。在本文中，我们提出了一个新的模型，解释了硅片在凸角处产生和发展根切现象，而在凹角处没有根切现象的根本原因。利用悬空键在蚀刻过程中的作用和凸角处切面的蚀刻行为解释了凸角和凹角的这种相反的蚀刻特性。与侧壁相比，凸边缘/脊处的硅原子属于高蚀刻速率切面，这导致在凸角处开始底切。另一方面，包含在凹边/脊上的硅原子的所有键都与相邻的原子接合，因此不包含悬空键，从而在凹边/角上没有底切。
凸凹角的蚀刻特性
使用湿法各向异性蚀刻，可以从硅晶片表面的一侧暴露出六个面。这些平面与{1表面相交和方向，它们随后可以形成具有三对平行边的多边形。尽管由方向形成的平行四边形的边包括垂直的侧壁，但是倾斜的平面出现在R角和U角，如图2所示。这主要是因为包含倾斜平面的方向与这些角相切。如之前所述，凹角和凸角的蚀刻特性是相反的。凸角在各向异性蚀刻剂中被严重损坏，而在非各向异性蚀刻剂中没有损坏发生。
如图4所示，在锐角凸角处，凸边处的硅原子包含两个悬空键，而形成该边缘的面由只有一个悬空键的原子组成。在钝角的情况下，凸脊的原子以及侧壁平面包含一个悬空键。锐角凸角处悬空键的数量多于相邻的平面，这使得它在各向异性蚀刻剂中更具反应性。结果，锐角凸角经受严重的底切，并且随着蚀刻的进行而严重损坏。然而，在钝角凸角的情况下，凸边以及相邻的面由仅携带一个悬挂键的原子组成，但是它也遇到了严重的底切。因此，不能仅利用悬挂键的概念来解释所有类型拐角处的底切。
凸角处的底切
凸角处切面的蚀刻特性可以用来描述不同角度凸角(即锐角和钝角)下切的主要原因。如前一节所述，锐角凸角处的切面为，而它们在钝角上，如图4所示。在各种各向异性蚀刻剂中，面的蚀刻速率高于平面。因此，底切从凸边缘开始，因为包含凸脊原子的切面显示出比形成拐角的面高得多的蚀刻速率。
凸角处底切的开始暴露了其他类型的高蚀刻速率平面。一开始，这些平面是相邻的{}(或邻近的{})平面，取决于连接器的类型，并且具有高蚀刻速率。如图7所示，随着底切过程的继续，拐角的轮廓通过不同方向上的横向底切蚀刻速率来分析，该蚀刻速率是通过蚀刻货车车轮结构(一系列窄而长的掩模开口围绕中心彼此成小角度)来估计的。平面表面上不同结晶方向的横向蚀刻速率(或欠蚀刻)取决于蚀刻剂的类型、浓度和温度。因此，对于不同的蚀刻剂，底切的量和显影的蚀刻前沿的几何形状通常是不同的。底切凸角的最终蚀刻前部由中间部分构成的平行于最接近拐角的最大横向蚀刻速率方向的方向。如图7所示，这导致了不同类型拐角处不同形状的蚀刻轮廓。
出现在掩蔽边缘的侧壁的蚀刻轮廓可以通过存在于属于掩模边缘的平面中的蚀刻速率矢量的分布来估计蚀刻轮廓，蚀刻侧壁轮廓将从该掩模边缘出现。遮罩边缘(或线)称为穿过它的平面的区域轴。任何区域轴平面的蚀刻速率可以由半球的蚀刻速率数据决定。出现在掩模边缘的是该边缘的水平面和垂直面之间的最小蚀刻速率平面。同样，底切结构的蚀刻轮廓也被估计。在这种情况下，侧壁是最大横向非去蚀刻速率方向上的最小蚀刻速率平面。
凹角无底切
凸拐角处底切的开始是利用这些拐角处切面的蚀刻行为来说明的。在凹角处没有底切可以很容易地用各向异性蚀刻中束缚键的作用来解释。暴露表面悬空键数量的增加提高了蚀刻溶液中原子的去除速率。如图5所示，与凹角相关的硅原子与相邻原子共价键合。我们可以说，形成凹角的面由带有一个悬空键的原子组成，而凹边的原子则完全接合。由于这个事实，在凹角处没有底切开始，并且无论蚀刻时间、蚀刻深度、蚀刻剂浓度和蚀刻温度如何，它们都保持完整并由面的截面牢固地限定。
结论
我们提出了一个新的模型来解释凸角处的根切和凹角处的不根切，这两个角是由两个角相交形成的晶圆表面上的个平面。该模型基于凸脊/边缘切面的刻蚀特性和悬空键在硅各向异性刻蚀过程中的作用。锐角和钝角凸脊处的切面分别为和面。这些平面的典型蚀刻速率比平面的蚀刻速率高得多，因为平面的交点形成了凸边缘。这以非常简单和有效的方式解释了凸角处的底切和凹角处的无底切。凹边的硅原子不包含任何悬空键(即所有键都被接合)，这导致抑制凹角处的底切(即无欠切)。所提出的模型是令人满意的，并且以一种非常简单和有效的方式令人满意地解释了凸角处的根切和凹角处的无根切。