Химическая очистка.
Этот вид обработки предусматривает разрушение загрязнений в результате химических реакций.
Химическое обезжиривание выполняют в составах, разрушающих молекулы жира, но не действующих на обрабатываемый материал. В раствор переходят продукты реакции, поэтому обратное загрязнение молекулами жира практически отсутствует.
Различают:
обезжиривание в растворах моющих порошков
обезжиривание в щелочах
Обезжиривание ведут при температуре 70...90 °С путем погружения, распыления, в УЗ-ваннах.
Обезжиривание в пероксидно-аммиачных растворах (ПАР), состоящих из пероксида водорода, гидрооксида аммоння и воды (H2O2:NH4OH:H2O=1:1:4). Такой раствор обладает лучшими обезжириваюшими свойствами по сравнению с органическими растворителями, является универсальным средством, так как удаляет жиры, неорганические загрязнения, а также ионы натрия, меди, серебра и других металлов. Процесс ведут при 80... 90 °С.
По сравнению с физическим обезжириванием в органических растворителях химическое обезжиривание менее опасно для работающих и окружающей среды, отличается меньшим расходом реактивов и меньшей трудоемкостью процессов, более высоким качеством отмывки пластин.
Отмывка в кислотах применяется для очистки поверхности от атомов и ионов металлов, от жировых загрязнений, а также от оксидов, нитридов, сульфидов и других химических соединений.
Для удаления с поверхности кремниевых пластин оксидных пленок (которые, например, образуются после обработки в горячей азотной кислоте) применяют растворы фтористоводородной кислоты в ацетоне в объемных соотношениях 1:15.
12.2. Травление
Травление представляет собой процесс удаления поверхностного слоя объекта немеханическим способом. Методы травления их можно разделить на две большие группы: жидкостное (химическое) травление и сухое (ионно-плазменное) травление.
Жидкостное травление. В основе жидкостного травления лежит химическая реакция жидкого травителя и твердого тела, в результате которой образуется растворимое соединение. Если скорость травления определяется скоростью диффузии реагентов и продуктов реакции, жидкостное травление изотропно.
Травление проводится после обезжиривания, в этом случае травитель хорошо смачивает всю поверхность пластин, в верхний слой удаляется равномерно.
Процесс травления можно разбить на пять стадий: диффузия реагентов к обрабатываемой поверхности, их адсорбция поверхностью, химическое взаимодействие их с обрабатываемым материалом, десорбция продуктов химических реакций, диффузия их от поверхности.
Скорость травления ограничивается либо диффузией реагентов к поверхности или продуктов реакции в травителе, либо скоростями поверхностных химических реакций.
Травители, у которых скорость травления определяется скоростью химической реакции (а не скоростью диффузии), называются селективными, а процесс травления – дифференциальным. В этом случае скорость травления зависит от неоднородности поверхности пластины, кристаллографической ориентации, наличия на поверхности структурных дефектов. В этом случае можно добиться анизотропии травления.
В зависимости от целей травления применяют те или иные травители. Для подготовки пластин кремния к изготовлению структур микросхем применяют полирующие травители. Для обеспечения изоляции элементов с помощью анизотропных травителей в кремнии вытравливают углубления. Для выявления поверхностных дефектов применяют селективные травители.
Кислотное травление кремния обеспечивает получение зеркально гладкой поверхности пластин любой кристаллографической ориентации с шероховатостью от 12-го до 14-го класса.
Травитель должен обладать полирующей способностью, достаточной и стабильной скоростью травления, малой истощаемостью и устойчивостью при хранении. Этим требованиям для кремния удовлетворяют травители на основе смеси азотной и фтористоводородной кислот.
Кислотное травление кремния протекает по электрохимическому механизму и представляет собой окислительно-восстановительный процесс с растворением продуктов окислительной реакции: анодное окисление кремния азотной кислотой, затем оксид растворяется фтористоводородной кислотой. При травлении в смеси азотной и фтористоводородной кислот суммарная реакция выглядит так:
Si + 2 HNO3 + 6 HF = H2SiF6 + 2 HNO2 + 2 H2O.
Полученная в результате катодной реакции азотистая кислота HNO2 является более сильным окислотелем, чем азотная кислота HNO3.
Скорость травления кремния зависит от соотношения кислот в травителе, интенсивности перемешивания травителя и его температуры (рис. 12.6) и кристаллографической ориентации пластин: (110)>(100)> (111).
|
Рис. 12.6. Зависимость скорости травления кремния от температуры травнтеля состава: 45% НNO3, 20% НF, 35% СН3COOH |
С увеличением содержания азотной кислоты травление замедляется, так как скорость окисления поверхности превосходит скорость растворения оксида кремния.
Лучшими полирующими свойствами обладают травители с большим содержанием азотной кислоты (НNO3: НF=2:1 или 3:1). Для уменьшения скорости травления к основным кислотам добавляют уксусную кислоту СН3COOH (табл. 12.1), которая замедляет окисление кремния и растворение оксида и облегчает управление процессом травления.
При изготовлении пластин кремния большого диаметра кислотное травление не позволяет сохранять требуемую плоскопараллельность сторон и однородность геометрических параметров.
Для удаления механически нарушенного слоя после шлифования и снятия фаски пластин большого диаметра целесообразнее применять щелочное травление.
Щелочное травление кремния протекает по химическому механизму, при котором окислительно-восстановительные реакции являются чисто химическими взаимодействиями поверхностных атомов полупроводниковой пластины с молекулами травителя.
Таблица 12.1.