Основные кислотные травители для кремния

Тип травителя	Объемный состав	Применение	Время травления
СР СР-4А Травитель Уайта Травитель Деша	НNO3:НF=2:1 НNO3:НF: СН3COOH= =5:3:5 НNO3:НF=3:1 НNO3:НF: СН3COOH= =3:1:8	Химическое полирование Химическое полирование и выявление границ р-п переходов Химическое полирование плоскостей {111} Медленное химическое полирование любых плоскостей	1 .. 2 мин 2…3 мин 15 с 1...16 ч

Для травления кремния применяют водные растворы гидрооксида калия или натрия КОН или NaОН. Роль окислителя выполняет вода, роль растворителя оксида (комплексообразователя) – гидрооксид:

окислительно-восстановительная стадия:

Si + 2 H₂O = SiO₂ + 2 H₂

гидратация оксида:

SiO₂ + n∙H₂O = SiO₂∙n∙H₂O

растворение гидрактированного оксида:

SiO₂∙n∙H₂O + 2 KOH = K₂SiO₃ + (n +1) H₂O;

суммарная реакция:

Si + 2 KOH+ H₂O = K₂SiO₃ + 2 H₂

Скорость травления возрастает с увеличением температуры и концентрации травителя. Для обеспечения постоянной скорости травления необходимо перемешивание травителя, так как процесс сопровождается выделением тепла. Скорость травления максимальна при 30 %-ной концентрации травителя. Травление кремния выполняют при 90 ... 100 °С в растворах, содержащих 10…30 % щелочи.

Щелочное травление кремния имеет анизотропный характер, дает блестящую, но не зеркально гладкую поверхность. Оно применяется для выявления дислокаций и других дефектов, утончения пластин.

При щелочном травлении скорость травления также зависит от ориентации: (100)>(110)> (111), поэтому его применяют для локального анизотропного травлепия V-образных канавок в кремниевых пластинах, ориентированных в плоскости (100), необходимых для изоляции элементов микросхем. Подбирая определенную ориентацию окна в контактной маске, можно за счет большой разницы скоростей травления в направлениях (100) и (111) получать углубления воспроизводимой формы (рис. 12.7).

Рис. 12.7. Схема получения V-образных канавок в (100) Si: а – формирование двойной контактной маски; б – локальное травление; в – удаление маски

Техника проведения процесса определяется целями травления.

Химико-динамическое травление применяют для получения пластин с высоким качеством поверхности и точными геометрическими параметрами. Травление выполняют во фторопластовых барабанах с плоским или конусным дном (рис. 12.8). Соединенный через редуктор с валом двигателя барабан наклонен к нормали под углом 20...40^о.

Травление погружением в статическом режиме в ванне установки (без вращения и наклона) применяют, когда нет высоких требований к качеству поверхности и геометрии пластин.

Рис. 12.8. Схема химико-динамического травления

Промывка кремния после травления выполняется вытеснительным методом. При вытеснительной промывке травитель не выливается до конца, чтобы пластины не соприкасались с воздухом; в ванну поступает деионизованная вода, разбавляя остатки травителя и постепенно вытесняя его. В противном случае, т. е. если слить травитель полностью или извлечь пластины, в местах оставшихся капель травителя продолжаются химические реакции. В результате поверхность пластин не будет однородно гладкой.

Сушка пластин после отмывки от травителя и удаления остаточных загрязнений выполняется в парах растворителя в конвейерных печах под лампами инфракрасного (ИК) или ультрафиолетового (УФ) излучения, в потоке горячего и осушенного инертного газа, азота или воздуха, на высокоскоростных центрифугах при частоте вращения до 30000 об/мин.

Маршруты жидкостной очистки разрабатываются для каждого конкретного случая: после шлифования пластин, снятия фаски, полирования пластин; перед эпитаксиальным наращиванием, первым термическим оксидированием, операциями диффузии, сборкой микросхем. Приведем некоторые маршруты очисток пластин и подложек.

Очистка пластин кремния перед эпитаксией:

• промывка водными растворами моющих порошков;

• сушка центрифугированием или струей сжатого воздуха;

• обезжиривание в горячих органических растворителях в УЗ-ваннах;

• обезжиривание в пероксидно-аммиачной смеси;

• промывка в проточной деионизованной воде;

• оксидирование поверхности кремния в концентрированной азотной кислоте или в смеси пероксид водорода – соляная кислота – вода с комплексообразователем. Оксидирование обеспечивает дополнительную очистку и защиту пластины слоем SiO₂ от загрязнений из окружающей среды;

• отмывка проточной деионизованной водой в многокаскадной и затем в УЗ- ванне;

• сушка в инфракрасных или ультрафиолетовых печах или на центрифуге.

Очистка пластин кремния перед первым термическим оксидированием:

• обезжиривание в кипящих органических растворителях;

• обезжиривание в ПАР при температуре 80...95 °С;

• промывка в проточной деионизованной воде;

• обработка в горячей (90...100 °С) концентрированной азотной кислоте для оксидирования кремния на требуемую глубину и частичного удаления ионов металлов;

• промывка в протоке деионизованной воды от остатков кислоты; гидродинамическая обработка пластин беличьими кистями в струе деионизованной воды;

• сушка пластин на центрифуге в струе очищенного сухого воздуха; обработка пластин в растворе фтористоводородной кислоты с ацетоном для удаления оксидной пленки, полученной при обработке в азотной кислоте, а вместе с ней и всех поверхностных загрязнений;

• промывка в протоке деионизованной воды до тех пор, пока удельное сопротивление на выходе установки не станет равным сопротивлению воды на входе установки;

• ультразвуковая обработка в нескольких порциях для более полного удаления органических и неорганических загрязнений, оставшихся в микротрещинах и порах поверхности;

• промывка в проточной денонизованной воде; сушки на центрифуге.

Очистка пластин кремния перед диффузией:

• УЗ очистка в органических растворителях;

• отмывка в нагретой концентрированной серной кислоте;

• промывка в проточной деионизованной воде;

• оксидирование в горячей концентрированной азотной кислоте;

• промывка в проточной деионизованной воде;

• удаление оксида в растворе фтористоводородной кислоты;

• промывка в проточной деионизованной воде;

• обработка в ПАР;

• обработка и сушка в парах растворителя.

Очистка подложек из сапфира и кварца:

• УЗ обезжиривание а водно-аммиачном растворе ПАВ (синтанол ДС – 10...3 г/л. 25%-ный раствор аммиака – 30 мл/л, деионизованная вода до литра);

• травление в хромовой смеси (40 г двухромовокислого калия на 1 л серной кислоты);

• УЗ отмывка в деионизованной воде;

• обработка в изопропиловом спирте;

• сушка в парах изопропилового спирта.

Финишные операции очистки пластин и подложек выполняются путем сухой обработки и, как правило, совмещаются с соответствующими операциями формирования структур, эпитаксией, термическим оксидированием, диффузией, нанесением пленок.