Две теории саморастворения кремния.

Две теории саморастворения кремния. Для объяснения саморастворения кремния существуют две теории: химическая и электрохимическая.

Простейшее объяснение процесса травления дает химическая теория: травитель должен содержать два основных компонента — окислитель, которым является обычно азотная кислота, и раствори­тель оксида, которым служит плавиковая кислота. Процесс травле­ния согласно этой теории происходит в два этапа:

1) окисление кремния до диоксида кремния:

   3Si + 4HNO3     3SiO2 + 4NO + 2H2O

2) растворение диоксида в плавиковой кислоте:

SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O

Эта теория оказалась очень плодотворной для подбора основных составов травителей и объяснения эффекта полировки, однако, с ее помощью нельзя объяснить процесс селективного травления.

Электрохимическая теория предполагает, что поверхность полу­проводника является энергетически неоднородной, в результате чего на ней могут возникать пространственно разделенные участки микрокатодов и микроанодов.

На анодных участках   протекает реакция окисления кремния:

 

где n — число дырок.

Образовавшийся оксид переводится в растворимый комплекс с помощью плавиковой кислоты:

 

Суммарная реакция может быть записана в следующем виде:

 

                                              

                             

где n — среднее число дырок, требующееся для растворения одного атома кремния (n = 2- 4).

Анодная реакция сопровождается разрывом ковалентных связей поверхностных атомов кремния. Основными участниками этого процесса, как показано ранее, являются дырки (е+), которые создаются в процессе сопряженной реакции, протекающей на микрокатодных участках. Катодная реакция — реакция восстановления НNО3. Процесс может идти с захватом электрона из зоны проводимости или валентной зоны, что равносильно инжекции дырок на поверхности кремния. Эти дырки участвуют в процессе анодного растворения кремния.

Восстановление азотной кислоты может происходить с участием двух электронов, тогда образуется азотистая кислота:

 

или с участием трех электронов (восстановление до закиси азота):

 

В последнем случае при восстановлении одной молекулы кислоты выделяются три дырки, что приводит к увеличению скорости раство­рения кремния. Суммарная реакция травления имеет вид

 

Согласно этой реакции соотношение HNO3/HF равно 1:4,5, что соответствует максимальной скорости травления кремния.

Так как анодный процесс связан с разрывом связей кристаллической решетки, то на разных участках поверхности он происходит с различной скоростью. В местах выхода дислокаций и других нару­шений решетки анодный процесс протекает более интенсивно. Таким образом, селективное травление наблюдается в тех случаях, когда используется травитель с анодным контролем, для получения полированной поверхности должен применяться

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector