3.2.2 Электрополировка

В процессе электрополировки на кремний подают положительное напряжение относительно раствора. У поверхности кремния образуется тонкая вязкая пленка продуктов растворения, обладающая электрическим сопротивлением, превышающим сопротивление электролита. Толщина этой пленки, называемой пленкой электрополировки, над вершинами меньше, чем над впадинами, за счет чего анодный ток перераспределяется так, что вершины травятся быстрее впадин.

Толщина и сопротивление пленки электрополировки зависят от ряда факторов и в первую очередь от состава раствора, скорости его перемешивания, температуры [4]. Чем тоньше пленка электрополировки, тем выше качество обработки поверхности пластины. В состав электролита обычно входят плавиковая кислота (или фторид аммония) и глицерин, регулирующий вязкость.

Процессом анодного растворения можно управлять, изменяя ток в электрической цепи. При малых плотностях тока на поверхности кремния образуется толстая аморфная пленка коричневого света в результате реакции:

m Si + 2m HF = (SiF₂)_m + 2m H⁺ - 2m p.

Фтористые соединения двухвалентного кремния, из которых состоит пленка, медленно растворяются в воде с выделением водорода:

(SiF₂)_m + 2m H₂O = m SiO₂ + 2m HF + m H₂↑.

Этот водород перемешивает раствор, и пленка электрополировки не образуется. При большей плотности тока процесс анодного растворения ускоряется, но его начинает ограничивать недостаток молекул плавиковой кислоты, диффундирующих из объема электролита. В связи с этим кремний вступает в реакцию в четырехвалентной форме:

Si + 6 F^- + 4 p → SiF₆^2-.

Продуктом реакции является кремнийфтористоводородная кислота, обладающая более высоким сопротивлением, чем объем электролита. Высокоомная пленка кремнийфтористоводородной кислоты у поверхности пластины и обуславливает эффект электрополировки. При дальнейшем увеличении плотности тока на поверхности кремния возможно образование пассивной пленки SiO₂, т. е. процесс электрополировки происходит в довольно узком интервале плотностей тока.

В технологии ИС на кремнии электрополировка постепенно вытесняет обычную химико-динамическую полировку, т. к. обеспечивает более качественную обработку поверхности.

3.3 Сухое травление

«Сухое» травление пластин - газовое, плазмохимическое, ионно-плазменное - не предполагают использования жидкостей ни для собственно травления, ни для последующей обработки [2-4, 11, 12].

3.3.1 Газовое травление

Газовое (термохимическое) травление пластин обычно используется в тех технологических процессах, в которых особо важную роль играет структура поверхностного слоя, например при эпитаксиальном наращивании или при получении тонкого подзатворного слоя SiO₂ в МОП - структурах. В качестве травителей используют смеси водорода или гелия с газообразными веществами: 1) галогенами (F₂, Cl₂, Br₂); 2) галогеноводородами (HF, НВг, НСl, НI); 3) соединениями серы (H₂S, SF₆). Молярное содержание этих веществ в водороде или гелии может изменяться от десятых долей до единиц процентов. Обработка осуществляется при температурах 700 ÷ 1300 ºС непосредственно в реакторах для термического окисления или эпитаксиального наращивания.

Достоинствами термохимического травления являются максимально достижимая чистота поверхности пластин и совместимость с термическими операциями эпитаксии, окисления, диффузии. К недостаткам можно отнести высокие температуры обработки, довольно сложное оборудование (в сравнении с жидкостными методами) и необходимость весьма тщательной очистки газов от примесей.