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

Т а б л и ц а 2.1

Составы растворов для травления германия

48

Расчет показывает, что равные объемные отношения пергидро­ ля и плавиковой кислоты соответствуют стехиометрическому соста­ ву реакции (2.4). В табл. 2.1 приведены составы для травления германия.

Травление кремния. В качестве кислотных травителей для крем­ ния применяют смеси азотной и плавиковой кислот разного соста­ ва. На рис. 2.2 показана зависимость скорости растворения крем­ ния от состава травителя. Максимальная скорость травления соот­ ветствует соотношению HNO3 : HF=1 : 4,5 в молярных долях.

Механизм травления кремния включает инжекцию избыточных дырок и электронов. На микроанодах идет растворение кремния:

S1 + 2НаО + пе+ -* Sl02 -f 4Н+ + (4 — п) е~ .

п —2 .

Правая часть (2.5) показывает, что вначале образуется дву­

уровень Ферми на поверхности полупроводника смещается к ва­ лентной зоне. Процесс электронных переходов при восстановлении окислителя включает переход электрона из валентной зоны к вос­ станавливаемому иону, что эквивалентно инжекции дырки с иона на поверхность кремния:

Образовавшиеся дополнительные дырки значительно ускоряют анодную реакцию растворения. Суммарную реакцию травления можно представить:

Молярное отношение НЫОз и HF в (2.7) равно 1 : 4,5.

Согласно закону действующих масс скорость взаимодействия реагирующих веществ прямо пропорциональна произведению их концентраций. Коэффициентом пропорциональности является кон­ станта скорости реакции, экспоненциально зависящая от темпера­ туры. Поэтому при нагреве скорость травления резко возрастает, и становится трудно контролировать глубину травления.

Скорости растворения германия и кремния не зависят от типа электропроводности и величины проводимости полупроводника.

Анизотропия химических связей в кристалле обусловливает раз­ личие скоростей растворения кристаллографических плоскостей. На

Таблица 2.2

Составы растворов для травления кремния

50

этом явлении основано применение так называемых селективных травителей. Селективные (избирательные) травители—это травители, вызывающие образование на поверхности кристалла хорошо очерченных ямок травления, грани которых являются кристалло­ графическими плоскостями с низкими индексами. Скорости трав­

Адсорбция ионов фтора или гидроксила происходит по-разному на каждой плоскости, что и обусловливает различие в скоростях.

Некоторые составы растворов для травления кремния приведе­ ны в табл. 2 .2 .

Травители с бихроматом натрия. Для получения более стабиль­ ной поверхности, что особенно важно при обработке р-п-переходов, используют травители, содержащие бихромат натрия (Na2Cr20 7 ). Эти растворы позволяют получить хорошую химически полирован­ ную поверхность, на которой отсутствуют ямки травления, а при­ боры (германиевые и кремниевые), обработанные в них, имеют улучшенные значения обратного тока, пробивного напряжения и коэффициента усиления. Кроме того, процесс травления в таких растворах более управляем. Скорость травления возрастает с уве­ личением концентрации бихромата натрия.

§ 2.2. Способы травления и промывки

Предварительная отмывка. Прежде чем подвергнуть пластины химическому травлению, их отмывают от следов шлифовального микропорошка и загрязнений органического происхождения. От­ мывку производят в ультразвуковой ванне в толуоле или четырех­ хлористом углероде. Возникающие кавитационные пузырьки созда­ ют в отдельных точках у поверхности пластины большое локаль­ ное давление, что способствует эффективному удалению всех мак­ розагрязнений. Окончательную отмывку ведут в деионизованной воде. Наряду с этим применяют кипячение в толуоле или в четы­ реххлористом углероде, а также — отмывку в парах толуола.

Травление. Травление пластин и кристаллов полупроводников производят в сосудах из фторопласта. Реакции травления происхо­ дят экзотермически, поэтому для достижения равномерного и конт­ ролируемого травления травильный раствор охлаждают.

В первый момент реакция идет более стремительно, а затем становится равномерной. Это объясняется наличием поверхностно­ го механически нарушенного слоя с сильно развитым рельефом, увеличивающим эффективную площадь взаимодействия. Травитель проникает в микротрещины, существующие на поверхности, расши­ ряет их и сглаживает остроугольный рельеф. В результате образу­ ется ячеистая структура из различных по величине ямок травле­ ния. При более длительном травлении ямки исчезают и поверх­

51