Концентрация компонентов травителя
В полупроводниковой промышленности при жидкостном травлении материалов используются водные растворы реактивов следующих концентраций:
плавиковая кислота HF - 49 - 51 %;
азотная кислота HNO3 - 70 %;
перекись водорода H2O2 - 30 %;
соляная кислота HCl - 36 %;
серная кислота H2SO4 - 90 %;
уксусная кислота CH3COOH - ледяная (безводная).
Скорость процесса травления можно регулировать, вводя различные добавки. Замедлителем (ингибитором) реакции является ледяная уксусная кислота, ускорителем (катализатором) служит элементарный бром. Уксусная кислота, введенная в травитель, уменьшает диэлектрическую постоянную раствора и тем самым подавляет диссоциацию азотной кислоты на ионы. Кроме того, она сама диссоциирует с выделением большого количества ионов H+. В результате катодные реакции замедляются. При введении в раствор ускорителя - нескольких капель брома, который адсорбируется на поверхности кремния, в первый момент реакция травления замедляется. Затем он захватывает электрон из кремния и становится отрицательно заряженным ионом Br–. Отдавая электрон азотной кислоте и переходя в раствор в виде нейтрального иона, бром ускоряет диссоциацию азотной кислоты и способствует протеканию
катодных реакций. При этом возрастает количество дырок в кремнии и травление ускоряется.
|
|
На разных этапах технологического процесса могут использоваться полирующие травители с разным соотношением компонентов. Для полировки пластин можно применять травители следующих составов:
HF:HNO3 = 1:10;
HF:HNO3 = 1:3;
HF:HNO3:CH3COOH = 1:3:1.
После длительного хранения пластины перед проведением последующих операций освежают в разбавленной плавиковой кислоте. Применяется ряд составов травителей на основе азотной и плавиковой кислот. При изменении концентрации компонентов травителя существенно меняются его свойства - травитель может стать селективным. Один из широко известных селективных травителей - травитель Деша - имеет следующий состав:
HF:HNO3:CH3COOH = 1:3:(8 - 12).
С помощью этого травителя можно выявить кристаллографические плоскости, дислокации.
Скорость химической реакции экспоненциально зависит от температуры, что видно из соотношения (1.1). Травление полупроводника идет с большим выделением тепла. Возможная неравномерность травления может привести к неоднородному разогреву пластин и растравливанию в местах с наиболее высокой температурой.
Однородность травления и равномерность разогрева обеспечиваются интенсивным перемешиванием травителя. Скорость травления
линейно возрастает с увеличением скорости перемешивания раствора. Скорость перемешивания должна подбираться для каждого состава травителя индивидуально. Это особенно важно при полирующем травлении.
|
|
При определенной скорости перемешивания устанавливается соответствующая постоянная толщина обедненной реагентом области непосредственно у поверхности пластины. Неизменность толщины этой
области поддерживает постоянную скорость диффузии молекул травителя из объема раствора к поверхности пластины. Этим обеспечиваются равномерность полировки пластин и постоянство скорости полирующего травления. При слишком медленном перемешивании толщина обедненного слоя может стать очень большой и травление замедлится.
Напротив, при большой скорости перемешивания обедненный слой может не успевать образовываться у поверхности пластин или "срываться" с поверхности потоком жидкости, что приводит к селективному растравливанию поверхности. Перемешивание жидкости осуществляется вращением устройства, в которое помещаются пластины, или самой ванны с травителем.