Электрохимическое травления кремниевых пластин

Электрохимические методы обработки полупроводников и, в частности, кремния являются весьма перспективными для использования на отдельных операциях в технологии структур КНИ, многослойных структур. Это связано в первую очередь с тем, что указанные методы позволяют добиться равномерной по всей площади обработки поверхности полупроводниковой пластины и одновременно, при необходимости, проводить локальный процесс со строго контролируемой скоростью. Кроме того, в процессе электрохимической обработки значительно легче обеспечить заданный уровень селективности, чем при обычном химическом травлении.

Совокупность процессов, протекающих на поверхности кремния при его анодной поляризации в электролите на основе HF можно выразить следующей системой химических реакций.

Электрохимическая стадия:

 

сопряженные химические реакции:

При повышении потенциала поверхности кремния свыше некоторой критической величины характер электрохимических и химических процессов следующий.

Электрохимическая стадия:

 

сопряженная химическая реакция:

 

Электрохимическая реакция на поверхности кремния сопровождается захватом двух или четырех  дырок, концентрация которых в кремнии n-типа сравнительно мала. Поэтому при повышении напряжения свыше определенного для данного типа кремния и концентрации электролита порогового значения скорость электрохимической стадии становится лимитирующей вследствие недостаточной концентрации неосновных носителей. При этом процесс травления локализуется на микровыступах, где концентрация дырок выше. В результате характер травления становится полирующим. При высокой концентрации ионов фтора в электролите полирующее травление возможно только для кремния n— типа, так как в кремнии р— типа концентрация дырок велика и ограничение электрохимической реакции по скорости не наступает. Полирующее травление кремния р— типа оказывается возможным только в разбавленных электролитах при недостаточной концентрации ионов фтора.

Следует отметить, что режим травления может наблюдаться также и в том случае, если при формировании слоя пористого кремния толщина его становится такой, что поток ионов фтора к поверхности оказывается недостаточным из-за диффузионных ограничений. В этом случае формирование пористого кремния прекращается и сменяется его травлением. Это, в конечном счете, приводит к отделению слоя пористого кремния от пластины монокристаллического кремния. Критическая толщина пористого кремния, при которой наблюдается этот процесс, зависит от плотности тока, состава и вязкости электролита и ряда других параметров. Важным является и тот факт, что в силу вышеприведенных обстоятельств, образующиеся при формировании поры пористого кремния имеют форму усеченного конуса, большое по площади основание которого располагается в плоскости монокристаллический кремний – пористый кремний а меньшее – в плоскости пористый кремний – электролит. Подобные процессы могут быть успешно реализованы при получении структур КНИ для ИС и микро-электромеханических систем.

Электрохимическое полирующее травление кремния осуществляют либо во фторсодержащих электролитах, либо в щелочных электролитах различной концентрации. Формирование пористого кремния обычно проводят в электролитах на основе плавиковой кислоты, воды и этанола, причем соотношение компонентов влияет на величину пористости и средний размер пор. При некоторой минимальной концентрации плавиковой кислоты формирование пористого кремния вообще не происходит; наблюдается только электрохимическое травление.

Одной из основных операций в существующей технологии, влияющих на качество получаемых структур КНИ, является удаление монокристаллического кремния до получения слоя заданной толщины и вскрытия рабочих областей (окон), разделенных межслойной изоляцией. По ряду причин при использовании в настоящее время методов удаления кремния (механическая шлифовка и полировка, химико-динамическое травление) часто не удается равномерно удалить монокристаллический кремний со всей поверхности пластины и тем самым вскрыть все рабочие области. Задача финишного

 

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector