1.20 Механизмы травления Si в смеси азотной и Плавиковой кислот.

Наиболее широко используемый полирующий травитель для моно­кристаллического кремния (германия) состоит из смеси плавиковой и азотной кислот.

Существует две точки зрения на возможный механизм травления кремния в смеси плавиковой и азотной кислот. Первая - химическая. Соглас­но ей процесс травления протекает в две стадии. На первой стадии про­исходит окисление поверхности кремния, а на второй - растворение об­разовавшегося оксида. Сначала азотная кислота окисляет поверхность 3Si + HNO₃ -» 3SiO₂ + 4NO + 2H₂O, а затем плавиковая кислота растворяет оксид

SiO₂ + 6HF -* H₂SiF₆ + H₂O.

Соотношение HNO₃:HF - 1 :4,5 соответствует, с одной стороны, коэффици­ентам суммарной реакции, а с другой стороны, максимальной скорости травления в рассматриваемой смеси (* 28 мкм/мин). Однако такой подход не объясняет всех особенностей протекания процесса травления.

Вторая точка зрения - электрохимическая. Согласно ей поверх­ность представляется энергетически неоднородной, вследствие чего на ее микроучастках возможно протекание противоположно направленных реакций - анодной и катодной. Анодная реакция связана с разрывом свя­зей кристаллической решетки и восстановлением кремния с образовани­ем SiO₂, а катодная - с выделением водорода (и восстановлением окис­лителя). Предполагается, что участки с наибольшим числом нарушений связей (границы зерен и блоков, границы включений посторонних фаз, бугры и пики на шлифованной поверхности, выходы дислокаций и пр.) играют роль анодов. Участки с менее нарушенной структурой являются катодами. Между микроскопическими анодами и катодами протекают микротоки.

1.21 Анизотропное травление Ge и Si. Примеры трав. Механизмы травления.

Свойство анизотропии, т.е. зависимость скорости процесса от кри­сталлографической ориентации, характерно для большинства травителей. Анизотропия скорости травления свойственна даже рассмотренно­му полирующему травителю, в котором скорость травления плоскостей (111) оказывается ниже скорости травления плоскостей (100).

Предполагается, что анизотропия скорости травления определяется анизотропией поверхностной энергии полупроводникового монокри­сталла, а стремление кристалла к минимуму поверхностной энергии приводит к зависимости характера и скорости адсорбции реагентов и энергии активации гетерогенного процесса растворения полупроводника в целом от кристаллографической ориентации поверхности.

Характер адсорбции на поверхности кристалла зависит от числа связей, которыми атомы удерживаются на поверхности, энергии этих связей, расстояния между поверхностными атомами. Поэтому можно предположить, что любой процесс, связанный с хемосорбцией (и в том числе с последующим разрывом связей при травлении), будет происхо­дить по-разному на разных поверхностях.

Исследования адсорбции кислорода на чистых поверхностях гер­мания (100), (110) и (111) показали влияние кристаллографической ори­ентации на хемосорбцию. Особый интерес представляет конфигурация кислородных комплексов на этих поверхностях при заполнении поверх­ности менее одного монослоя, т.е. на начальных стадиях адсорбции, которая вплоть до 0,7 от монослоя происходит быстро.

Расчеты теплоты образования dH возможных поверхностных ком­плексов кислород - германий показали, что на поверхности (100) обра­зуются кислородные мостики типа

на поверхности (110) образуются

перекисные группы

З

наченияdH возможных комплексов на поверхности (111) оказы­ваются близкими, что затрудняет выбор наиболее вероятного. Однако с точ­ки зрения энергии деформации связей более вероятна конфигурация

Таким образом, теплота образования поверхностных комплексов dH и их конфигурация для трех осовныхк кристаллографических направления оказывается разной.

Наиболее широко в качестве анизотропных травителей использу­ются 5 - 30%-ные растворы щелочей (KOH или NaOH) Наряду с растворами щелочей для анизотропного травления исполь­зуют травители на основе гидразингидрата, а также водный раствор сме­си этилевдиамина и пирокатехина.

В настоящее время широкое применение в технологии микроэлек­троники находит рельефное анизотропное травление пластин с ориентаци­ей рабочей поверхности в плоскостях (100) и (110).