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摘要

      在各向异性湿化学蚀刻期间在晶体硅的取向相关表面形态中观察到的丰富多样的微米级特征显示其起源于原子级。真实的蒙特卡罗模拟表明，Si(100) 上的金字塔形小丘是分布的顶点原子被溶液中的（金属）杂质局部稳定的结果。在没有这种稳定性的情况下，由于（一层深）凹坑成核和（各向同性）阶梯传播之间的各向异性，在 Si(100) 上形成浅圆形凹坑。还得出结论，邻近（110）处的锯齿状结构是未对准和蚀刻各向异性的综合结果，表明形态相关结构（如金字塔形小丘和锯齿状锯齿状结构）的成核机制不一定相同。

介绍

      各向异性湿法化学蚀刻仍然是硅技术中使用最广泛的处理技术。与多种其他工艺结合使用，它在微机电系统 (MEMS) 中具有广泛的应用，包括压力  加速度 , 角速率和气体流量传感器, 执行器, 纳米探针 ,纳米线、微镜, 激光腔 、光开关], 对齐凹槽 和微型阀 ，仅举几例。它的广泛存在不仅是因为它易于使用和成本低，而且还因为它提供了相当光滑的表面，不会对本体造成物理损坏。然而，在过去几年中，随着器件尺寸的不断减小，蚀刻表面的粗糙度开始发挥越来越重要的作用。越来越多的微机械设备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特征形态特征的机制的理解。

图 略 

图1湿化学蚀刻过程中最常见（模拟）的形态特征。(a) (100) 上的金字塔形丘陵。(b) (100) 上的圆形浅坑。(c) 邻近 (110) 上的锯齿形锯齿。(d) (111) 上的三角形凹坑。(e) 梯田附近的多边形台阶 (111)。(f) 梯田附近的直台阶 (111)

原子模型

      各向异性湿法化学蚀刻是一种非平衡过程，其中微观 粗糙度和形态以及宏观取向相关的蚀刻速率由微观（原子）反应速率的相对值决定。Gosa´lvez 等人 已经表明，位点特异性速率的（大）差异的起源是在两种微观机制中发现的：表面原子的 OH 终止后反键的减弱和 终止物种（H / OH）之间存在显着相互作用。反键的减弱仅取决于连接到共享键的两个原子上的羟基总数，而与两个原子之间 OH 基团的特定分布无关。

宏观蚀刻速率

      表面最终被纹理化（即被小丘覆盖）这一事实对宏观蚀刻速率的值有显着影响，如图 5 显示。作为时间的函数，蚀刻速率经历大的变化（大约两个数量级）。这对蚀刻速率的实验测量具有重要意义，因为通常确定的总蚀刻深度与总时间的比率成为一个不明确的数量。该比率仅对两种（极端）情况具有物理

意义：

当表面纹理化还远未完成时，在这种情况下，它将提供对初始较大斜率的良好估计，并且当考虑的总时间过长时，相对而言，在蚀刻过程开始后不久就达到了完全的纹理化。在这种情况下，该比率将提供较小斜率的近似值。

取决于温度和覆盖范围

      一定时间内刻蚀后的小丘密度随着温度的升高而显着增加（图 (a)–(d)) 并随着覆盖范围的增加而减少（数字 6(e)– (h))，与实验一致 。为了获得与蚀刻持续时间无关的小丘数量的温度依赖性的定量测量，我们考虑小丘形成的速率，定义为在完成之前作为时间函数的金字塔数量的线性增加的斜率表面纹理化（图7（一种））。请注意，小丘的密度应随时间线性增加，这反映了这样一个事实：对于固定的温度和浓度，小丘成核是一个完全随机的过程，因此，等待的时间越长，观察到的过程数量就越多。如图所示7(b)，小丘形成的速度遵循阿伦尼乌斯对温度的依赖，与实验一致。但是请注意，与报告的实验密度相比，模拟中产生的小丘密度很大（数量级）。这是由于这样一个事实，从计算的角度来看，对于包含较小密度的较大金字塔的非常大的系统，实现小丘密度对温度和覆盖范围的依赖性的统计准确确定变得过于昂贵。

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