1.Химическая обработка кремния

Химические методы обработки поверхности полупроводников включают химико-механическое, химическое и химико-динамическое полирование, электрохимическое и плазмохимическое травление, осаждение и др.

Методы химического травления основаны на процессах растворения материалов.

Травление используется для достижения целого ряда задач:

-очистить поверхность кристалла; удалить поверхностный слой, нарушенный после механической обработки. Травление применяется при изготовлении любых полупроводниковых приборов.

-придать кристаллу необходимый рельеф;

-подготовить поверхность для металлографического исследования.

В зависимости от способа воздействия на поверхность различают несколько видов травления:

- химическое травление – основано на различии химической активности структурных составляющих или участков кристалла по отношению к химическим реагентам;

- электрохимическое травление – основано на неравномерном растворении структурных составляющих или других неоднородностей кристалла;

- термическое травление – основано на избирательном испарении составных частей твердого тела в вакууме при повышенных температурах или в инертной атмосфере;

- декорирующее и окрашивающее химическое травление – основано на различной окисляемости фаз. Окисные пленки, образующиеся при травлении, различаются по толщине и придают фазам цветной контраст;

- ионное травление – основано на удалении вещества с поверхности кристалла под действием ионной бомбардировки. При этом вытравливаются в первую очередь атомы с участков с нарушенными или ослабленными связями.

В настоящее время широко распространено химическое травление кремния, как метод создания пространственных структур. Эти структуры могут служить для создания солнечных батарей, квадратных дифракционных решеток поперечного сечения, изоляции интегральных схем, трехмерных структур интегральной микроэлектроники, вертикального канала тиристора и инфракрасного поляризатора и др.

Элементарные процессы, лежащие в основе химического травления, имеют в основном электрохимический характер и относятся к реакциям окисления – восстановления, за которыми следует растворение продуктов окисления, например, путем образования комплексных соединений. Скорость удаления материала с поверхности определяется скоростью химических реакций окисления – восстановления или скоростью диффузии реагентов к стравливаемой поверхности, а также составом применяемого жидкого или газообразного травителя. На скорость и характер удаления материала с поверхности оказывают влияние как условия травления (температура, состав травителя, облучение и т.п.), так и характеристики стравливаемого материала (ориентация, вид и концентрация легирующих добавок, структура поверхности, дефекты кристаллической решетки и т.п.).

Отрицательным побочным явлением при травлении является осаждение на поверхности кристаллов загрязняющих слоев. Попытки избежать их образование наряду с созданием специальных травителей имеют большое значение.

1.1. Природа процессов травления

Согласно химической теории травление рассматривается как обычная гетерогенная реакция, и потому весь процесс травления расчленяют на пять этапов:

-диффузия реагента к поверхности;

-адсорбция реагента;

-поверхностная химическая реакция;

-десорбция продуктов взаимодействия;

-диффузия продуктов реакции от поверхности.

Так как каждый из реагентов травителя должен пройти эту последовательность, то кинетика всего процесса может быть очень сложной.

По электрохимической теории, как и в химической теории, травление рассматривается так же, как гетерогенная реакция, которая по этой теории имеет электрохимическую природу. Воздействие растворов травителей на полупроводник может осуществляться или под действием электрического тока, или самопроизвольно. Эти процессы соответственно называются электрохимическим и химическим травлением.