6. Травление кремния в щелочных растворах и кислотных травителях.

равление кремния. Химическая инертность кремния объясняется наличием на исходной пластине оксидной пленки, которая растворима только в водных растворах щелочей и плавиковой кислотьи Поэтому для химической обработки кремния используют два вида травителей: кислотный и щелочный. В качестве кислотных травителей применяют различные смеси азотной и плавиковой кислот. Максимальная скорость травления кремния достигается при соотношении HN03: HF= 1 : 4,5 в молярных долях. Растворение кремния в этом составе травителя происходит по следующей реакции: 3Si-r-+ 4HN03+18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H20.

За счет разницы в концентрации травителя у выступов и впадин, которые имеют место на поверхности кремния, происходит более быстрое растворение выступов. Это приводит к сглаживанию поверхности полупроводниковой подложки.

В качестве щелочных травителей используют водные (10—20%) растворы КОН и NaOH. Травление кремния в щелочных составах проводят при температуре 90—100°С. Обработка в щелочных тра-вителях не дает желаемой зеркальной поверхности кремния, поэтому данный вид травителя в качестве полирующего не нашел широкого практического применения в промышленности. Однако щелочный травитель часто используют для так называемого анизотропного травления, т. е. в тех случаях, когда требуется вытравить на поверхности подложки лунку определенной формы. Особый интерес представляют лунки V-образной формы, широко используемые для. изоляции отдельных областей ИМС.

7. Использование травления кремния для выявления дефектов пластин.

• Движение пластины по маршруту увеличивает плотность дислокации, дефектов упаковки, дефектов роста, ямок, холмиков и т.д

• Фигуры травления позволяют судить об ориентации монокристалла, монокристалличности или поликристаличности структуры

• Каждой кристаллографической ориентации соответствует своя форма фигуры травления

8. Химическое травления диоксида кремния.

Для изготовления интегральных микросхем в ряде случаев необходимо формирование нужного рисунка в слоях окисла или нитрида кремния. Рисунок может быть получен с помощью фотолитографии, когда защитной маской при травлении служит фоторезист. Для травления окисла кремния можно использовать растворы различной концентрации плавиковой кислоты в воде, а также другие травители, содержащие плавиковую кислоту. Травление идет согласно реакции:

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O.

При этом выделяются пузырьки газообразногоSiF₄, которые вызывают отслаивание фоторезиста при фотолитографии и увеличивают растравливание окисла. Поэтому при травлении окисла кремния с использованием фоторезистивной маски применяется буферный травитель, в который, кроме плавиковой кислоты, добавляется фтористый аммонийNH₄F. При этом концентрация ионов фтора увеличивается и газообразное соединениеSiF₄ переводится в устойчивоеSiF₆^2-:

SiF₄+2F^- → SiF6^2- .

Состав буферного травителя таков: 10³ см³ 49%-ныйHF, 100 см NH ₄ F (450 г NH₄F на 650 см H₂O). Скорость травления термически выращенного SiO₂ в буферном травителе 20 нм/мин. Скорость травления окисных пленок, полученных пиролитическим осаждением или какими-либо другими методами, выше, чем скорость травления термически выращенных. Наличие примесей также влияет на скорость травления окисла кремния. Стекла, содержащие бор (боросиликатные - БСС) и фосфор (фосфоросиликатные - ФСС), травятся примерно вдвое быстрее, чем окисел кремния.

Для травления нитрида кремния может использоваться плавиковая кислота. Скорость травления Si₃N₄ в концентрированной плавиковой кислоте может составлять 7-10 нм/мин при различных способах создания слоев нитрида кремния. Для улучшения равномерности травления может использоваться травитель с добавлением NH₄F (45 г HF, 200 г NH₄F, 300 г H₂O) или HF (49%-ный): NH₄F (40%-ный) = 1:7. Скорость травления при этом несколько снижается.

В технологии ИМС часто возникает необходимость в травлении двойного слоя: Si₃ N₄ на SiO₂ или SiO₂ на Si₃ N₄. Поскольку в травителях, содержащих плавиковую кислоту, скорости травления окисла кремния существенно выше скорости травления нитрида кремния, при травлении Si₃ N₄ окисел будет

разрушаться. Травителем для Si₃N₄, не воздействующим на окисел, является фосфорная кислота H₃PO₄. Травление Si₃N₄ в фосфорной кислоте идет интенсивно со скоростью 1 - 20 нм/мин при температуре 150 - 200°С, при этом из раствора интенсивно испаряется вода и травитель обогащается P₂O₅ . Скорость травления нитрида кремния падает. С увеличением содержания P₂O₅ начинает травиться окисел кремния. При температуре 180 °С скорость травления Si₃N₄ в водном 90%-ном растворе H₃PO₄ равна 10 нм/мин, а скорость травления SiO₂ на порядок величины меньше.