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Ätzen vonSilizium

Version: 2013-11-07 Quelle:www.microchemicals.com/de/downloads/anwendungshinweise.html

Unser Poster „Crystalline Silicon“Kristallografie, Ätzraten von Si (isotrop und anisotrop) und SiO2, Si-Wafer-Herstellung, darge-stellt auf einem DIN A0 Poster ... Interesse? Gerne senden wir Ihnen ein oder mehrere Exem-plare gratis zu, senden Sie uns einfach eine e-Mail an: info@microchemicals.de

Unsere Lagerliste sofort verfügbarer Si-Wafer: Si-Wafer.Seit 2010 beliefern wir unsere Kunden neben Fotochemikalien, Lösemitteln und Ätzchemikalienauch mit Si-Wafern (2 - 8 Zoll, ein- und beidseitig poliert, optional mit SiO2 und Si3N4). Ausdiesem Grund freuen wir uns, Sie auch zu diesem Thema mit technischem Support unterstüt-zen zu können.Vielen Dank für Ihr Interesse!

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MicroChemicals GmbH - Ätzen von Silizium

Anisotropes Ätzen von SiliziumStark alkalische Medien (pH > 12) wie wässrige KOH- oder TMAH-Lösungen ätzen kristallinesSilicium über die Summenformel

Si + 4 OH- Si(OH)4 + 4 e-

Da die Si-Atome der verschiedenen Kristallebenen für die Ätzreaktion unterschiedliche Akti-vierungsenergien aufweisen, und das KOH-Ätzen von Si nicht Diffusions- sondern Ätzraten-limitiert ist, erfolgt der Ätzvorgang anisotrop: Während die {100}- und {110}-Ebenen geätztwerden, bilden die stabilen {111}-Ebenen einen Ätz-Stopp:(111)-orientierte Si-Wafer werden kaum angegriffen.(100)-Wafer bilden Pyramiden mit quadratischer Grundfläche und {111}-Ebenen als Mantel-flächen, welche z. B. auf kristallinen Si-Solarzellen zur Verringerung der Lichtreflexion reali-siert werden.(110)-Wafer bilden rechtwinklige Gräben mit {111}-Ebenen als Flanken, wie sie in der Mikro-mechanik und Mikrofluidik Verwendung finden.

Die Anisotropie, die ab-soluten Ätzraten und dieHomogenität des Ätzenshängen neben der Ätz-temperatur sowohl vonDefekten im Silicium, wieauch von Verunreinigun-gen der Ätze durchMetallionen und bereitsgeätzten Si-Ionen ab.Auch die Dotierung des Sispielt eine große Rolle:Hoch Bor-dotiertes Si bil-det beim Ätzen Borsilikat-Glas, welches ab sehr ho-hen Bordotierungen (>1019 cm-3) als Ätzstoppwirkt.Die folgende Tabelle zeigtÄ t z r a t e n ,Ätzselektivitäten bzgl.verschiedener Kristall-ebenen und die Ätzrateder Hartmasken Si3N4 undSiO2 für verschiedeneÄtzmedien.

[100]

[100]

[110]

[010]

[111]

{111}

{100}

anisotropesÄtzen

{111}

[100] [110]

{110}

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MicroChemicals GmbH - Ätzen von Silizium

[H2O]+[CH3COOH] [HNO3]

[HF]

Si Ätzrate n

immt zu

Temperatur-abhängigkeit

der Ätzratenimmt zu

Selektivi-tät zu

SiO2steigt

Isotropes Ätzen von Silicium und SiO2 mit HF/HNO3

Der grundlegende Ätzmechanismus beim isotropen Ätzen von Si (Schritte 1-4) und SiO2 (nurSchritt 4) mit HF/HNO3-Gemischen gestaltet sich wie folgt:(1) Bildung von NO2 (HNO2 gebildet aus HNO3): HNO2 + HNO3 2 NO2 + H2O(2) Oxidation von Silicium durch NO2: 2 NO2 + Si Si2+ + 2 NO2

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(3) Bildung von SiO2: Si2+ + 2 (OH)- SiO2 + H2(4) Ätzen von SiO2: SiO2 + 6 HF H2SiF6 + 2 H2ODemnach dient HNO3 zur Oxidation des Si zu SiO2, und HF zum Ätzen des SiO2.Wie das Ätzdreieck (rechts) zeigt, fördern hohe HF : HNO3-Verhältnisse über den Oxidations-schritt (1)-(3) das Raten-limitierte Ätzen von Si mit stark temperaturabhängiger Ätzrate.Geringe HF : HNO3-Verhältnisse fördern diffusionslimitiertes Ätzen geringerer Temperatur-abhängigkeit über Schritt (4). HNO3-freie HF-Ätzen greifenSilicium nicht an.Die Ätzrate von SiO2 ist durch die HF-Konzentration be-stimmt, da hier die Oxidation (1)-(3) keine Rolle spielt.Verglichen mit thermischem Oxid zeigt abgeschiedenes(z. B. via CVD) SiO2 aufgrund seiner Porosität eine hö-here Ätzrate, „nasses Oxid“ aus gleichem Grund eineetwas höhere Ätzrate als „trockenes Oxid“.Eine genaue Kontrolle der Ätzrate erfordert Tempera-turgenauigkeiten von ± 0.5°C. Die Verwendung vonEssigsäure als Verdünner verbessert die Benetzungder hydrophoben Si-Oberfläche und erhöht so dieÄtzrate bei verbesserter Homogenität.Dotiertes (n- und p-Typ) Si sowie Phosphor-do-tiertes SiO2 ätzen schneller als undotiertes Si oderSiO2.

GewährleistungsausschlussAlle in diesem Dokument enthaltenen Informati-onen, Prozessbeschreibungen, Rezepturen etc. sind nach bestem Wissen und Gewissen zusam-mengestellt. Dennoch können wir keine Garantie für die Korrektheit der Angaben übernehmen.Wir garantieren nicht für die vollständige Angabe von Hinweisen auf (u. a. gesundheitliche,arbeitssicherheitstechnische) Gefahren, die sich bei Herstellung und Anwendung der Rezeptu-ren ergeben (können).Grundsätzlich ist jeder Mitarbeiter dazu angehalten, sich im Zweifelsfall in geeigneter Fachlite-ratur über die angedachten Prozesse vorab ausreichend zu informieren, um Schäden an Perso-nen und Equipment auszuschließen.

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