Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

ность выравнивается. После удаления деформированного слоя растворение ненарушенной кристаллической решетки идет равно­ мерно, если действие травителя не зависит от кристаллографиче­ ской ориентации поверхности. Если травитель селективный, то образуются фигуры травления.

Скорость травления определяется скоростью удаления продук­ тов реакции и скоростью доставки новых порций травителя. Пере­ мешивание способствует быстрейшему выравниванию состава тра­ вителя, вследствие чего скорость травления обычно возрастает.

Наиболее широко в промышленности применяют так называе­

ну через металлическую маску покрывают инертным к травителю веществом — битумом. После вытравливания незащищенных участ­ ков пластины на нужную глубину процесс прекращают и битум удаляют с помощью органического растворителя.

Промывка пластин и кристаллов после травления. Для удале­ ния следов травителя пластины и кристаллы после окончания трав­ ления промывают в деионизованной воде. Наибольший эффект по­ лучают на установках финишной промывки (рис. 2.5). Вода после­ довательно омывает катионитовую и анионитовую смолы.

О качестве промывки судят по значению удельного сопротивле­ ния воды на выходе промывочной камеры. Исходное сопротивле­ ние составляет 1 0 — 2 0 Мом-см; сопротивление воды на выходе тем выше, чем меньше остаточных ионов. Когда сопротивление воды на выходе сравняется с сопротивлением на входе промывочной каме­

с малой степенью диссоциации: в бихромате натрия, цианистом ка­ лии, цианистом метиле, дитизоне, трилоне Б и др.

52

После промывки пластины или кристаллы с р-п-переходами су­ шат в термостате или под инфракрасной (ИК) лампой при темпе­ ратуре 120—150° С.

разработки приборов и в лабораторных условиях контроль качест­ ва химической обработки поверхности полупроводников осуществчяют путем измерения поверхностного потенциала и скорости по­ верхностной рекомбинации.

Чем меньше их значения, тем ближе свойства поверхности и объема полупроводника, тем совершеннее поверхность.

В производственных усло­ виях основным методом конт­ роля является визуальное на­ блюдение поверхности. При этом обращают внимание на появление видимых разводов или пленок, неоднородность рельефа, «чечевицеобразность» пластины, соблюдение

53

геометрических размеров и нужной конфигурации локальных элементов — мезаструктур, р-п-переходов и пр. Визуальный конт­ роль осуществляют как невооруженным глазом, так и под микро­ скопом с увеличением в 1 0 — 1 0 0 х .

§ 2.3. Электрохимическая обработка поверхности полупроводников

Если через пластину полупроводника и металлический электрод, погруженные в электролит, пропускать электрический ток, то начи­ нается процесс электролиза. При электролизе химические превра­ щения происходят на электродах (там, где ионный механизм элект­ ропроводности в растворе изменяется на электронный) полупровод­ ника или металла. Весь процесс является окислительно-восстано­ вительной реакцией, причем анод служит окислителем, так как он принимает электроны, а катод — восстановителем, так как отдает их. Следовательно, электрохимическое травление полупроводников состоит из двух электродных процессов — анодного окисления (растворения) и катодного восстановления. Анионы и катионы, те­ ряя свой заряд на электродах, вступают во вторичное взаимодей­ ствие с электродами, раствором или между собой.

дырок на поверхности германия, поэтому повышение температуры, освещение или иной способ увеличения концентрации дырок уско­ ряют этот процесс.

Стадия электрохимической десорбции (2.11) является наиболее медленной и определяет скорость всей реакции.

Травление кремния. Если в германии требующиеся для анодно­ го окисления дырки диффундируют к поверхности кристалла из объема, то в анодных реакциях на кремнии участвуют дырки, гене­ рируемые на поверхности полупроводника.

54

Электрохимическое травление кремния производят главным образом в растворах, содержащих плавиковую кислоту. При кон­ центрациях кислоты 2,5—8,5% образуется зеркальная полирован­ ная поверхность. Вследствие возникновения в кремншг n-типа на границе с электролитом потенциального барьера, препятствующего переходу ионов в раствор, окисление затрудняется. В кремнии p-типа барьер не образуется.

При малых плотностях тока во время анодного окисления крем­ ний покрывается толстой коричневой пленкой окисла. В состав этой пленки входит фтористокремниевый комплекс SiF2, окисляю­

При достижении критической плотности тока происходит разло­ жение толстой коричневой пленки согласно реакции (2.13) с обра­ зованием тонкой пленки двуокиси кремния, являющейся анодным продуктом электрополировки. Окончательным результатом анодно­ го растворения кремния в плавиковой кислоте служит реакция:

Образцы /г-типа для генерации необходимых при анодной реакции дырок подсвечивают через катодный диск мощной лампой 5. Ско­ рость полировки составляет 150—400 нм/сек.

55

Особенно эффективен данный метод при локальном травлении пластин кремния с использованием в качестве защитной маски пле­ нок двуокиси или нитрида кремния. Над участками полупроводни­ ка, которые должны быть подвергнуты травлению, защитная плен­ ка удаляется с помощью фотолитографии. Форму вытравливаемых мезаобластей или углублений получают более правильной, чем при

Локализация травления с помощью катода. Если размеры ка­ тода малы (порядка размеров вытравливаемой области) и он рас­ положен в непосредственной близости к аноду, которым является полупроводник, то при прохождении тока преимущественное раст­ ворение будет происходить только вблизи катода. Изменяя рас­ стояние анод—-катод, можно вытравливать углубления различно­ го диаметра, а придавая катоду ту или иную форму, производить фигурное травление.

§2.4. Осаждение гальванических покрытий

Воснове процесса осаждения металлов электролитическим спо­ собом лежит реакция катодного восстановления. Гальванические покрытия кристаллов полупроводников применяют в основном для создания омических контактов и нанесения электродов.

Создание контакта металл — полупроводник. Гальваническое и химическое осаждение металлов широко используют для созда­ ния невыпрямляющих контактов на германии и кремнии. Наибо­ лее распространенным является химическое никелирование.

Химическое никелирование состоит в каталитическом восстанов­ лении никеля из раствора его соли на пластине полупроводника.

Начальная стадия процесса заключается в переходе электронов от металла-катализатора к ионам никеля и превращении их в одно­ валентные ионы (2.15). Далее реакция диспропорционирования (2.16) приводит к образованию металлического никеля. Возвраще­

56

ние электронов к катализатору осуществляется посредством ионов гидроксила, превращающегося при этом в радикал (2.17), восста­ навливающийся затем гипофосфитом (2.18).

В табл. 2.3 приведены некоторые составы растворов, применяе­ мые для никелирования при 7 = 92—95° С.

Для повышения адгезии и уменьшения сопротивления контакта после осаждения никеля производят термообработку в вакууме 5-10~6—М О -5 мм рт. ст. в течение 15—20 мин при температурах 500—700° С для кремния. Во избежание образования больших ме­ ханических напряжений скорость охлаждения не должна превы­ шать 10 град/мин. После термообработки осуществляют вторичное никелирование, а вслед за ним — нанесение золотого покрытия, по­ зволяющего присоединить к кристаллу электрический вывод мето­ дами пайки или термокомпрессии.

Благодаря преимуществам золота — кислотостойкости, отсут­ ствию окисления, большим электрической и тепловой проводимо­ стям, простоте пайки — оно является одним из наиболее употреби­ тельных видов металлических покрытий, применяемых для маски­ рования при химическом травлении, для создания омических кон­ тактов и барьеров Шоттки, для электродных покрытий омических контактов, облегчающих присоединение электрических выводов.

Гальваническое золочение проводят в цианистых или желези­ стосинеродистых электролитах, допускающих плотность тока 0,1—0,3 а/дм2. Увеличение плотности тока приводит к интенсивно­ му выделению водорода и рыхлому покрытию. Повышение темпе­ ратуры способствует устранению этих явлений. Составы электроли­ тов, применяемых для гальванического осаждения золота, и основ­ ные режимы золочения приведены в табл. 2.4.

Создание электродных выводов. Электродные выводы выращи­ вают гальванически для облегчения присоединения кристаллов к держателям и к внешним электрическим выводам.

57