A mechanizmus a vegyszeres kezelés a szilícium ostyák
Tehát, mint már megtanulták, hogy kapjunk egy kellően sík lapok nélkül zavart rétegek, valamint a szelektív eltávolítására a kívánt területeken a kémiai kezelés elvégzését. Az kémiai kezelés, hogy megértsék a következő folyamatokat:
A szilícium oldásának történik, általában redox reakciók. Íme két fő folyamat lépéseinek:
a) diffúzió, azaz a szállító reagenseket a „szilícium-oldat”, hogy a felület és visszavonására őket ezt a határt;
b) olyan vegyi anyag, amely teljes kémiai átalakulás.
A kémiai folyamat indul, amint a félvezető hozzuk érintkezésbe egy folyékony oldószerrel. Köztudott, hogy a felület tulajdonságai eltérnek az anyag tulajdonságának kötetet, hogy a felszínen van kompenzált töltés. Egy töltésével ellentétes előjelű ionjait az oldatból, és a határfelületen kialakult kettős, hármas vagy inkább elektromos réteg.
Amint az ábrából látható. 4.1 IS lemez lehet tekinteni, mint egyfajta kondenzátor. Az egyik lemez a kondenzátor Si létrehozott érintkezés után az elektrolit egyensúlyi állapota a hordozók és a megfelelő hajlítási az energia sávok. Egy másik elektród kiáll energia a elektrolit réteg, amely két részből áll: egy felületi réteg (Helmholtz réteg) és a diffúziós réteg.
Ábra. 4.1. Szerkezet lemez IP esetén nem kompenzált töltés
Helmholtz réteg általában nem több, mint egy ionos sugara, míg a diffúziós réteg tovább kiterjedhet - a reaktáns oldatban. A vastagság a Ez utóbbi általában határozza meg a hőmérséklet a reagensek oldatban, oldat koncentrációja és a vegyértéke ionok.
Tekintsük az anódos oldási reakció szilícium alkáli-oldatban, vagy hidrogén-fluorid és sói. Kétféle módon a reakció:
a) képződését hidratált szilícium-dioxid miatt ionok OH - a későbbi részvétel fluoridiont F -. transzformáló-oxidot vízzel oldható komplex;
b) az azonnali reakció a fluorid ionok szilícium.
Az egyik első lépés a reakció kialakulását a felületen szilícium fluortartalmú vegyületek ionokat. A megoldások, amelyek nem tartalmaznak fluort ionokat, szilícium-oxiddal bevont filmek, megelőzésére oldódás. Mérsékelten oldódik oxidfilm jellemzően mindig jelen van az szilícium felületen, miáltal annak stacionárius potenciál (
0,1 V) különbözik a tervezés és lelassítja az oldódási reakció.
Tekintsük az anódos polarizációs görbéket oldódó szilícium-n és p típusú a HF oldat.
Ábra. 4.2. Polarizációs görbéket anódos oldódása Si a HF oldat
Ha p -kremny feloldódik szinte anélkül, áramkorlátozás, a N- szilícium figyelhető az áramkorlátozás miatti lyuk hiba. A fellépő az anódon a legnehezebb egy kémiai szempontból a szétválasztása szilícium atomok a felületen. A negatív ionok, így például OH, könnyen képeznek a kötést a felülettel szilíciumatom, de gondoskodni hidratált oxidot az elektrolitban kell szakítani az közötti kötés szilíciumatom, azaz ehhez szükség van egy „lyuk”. Meg kell jegyezni, hogy a rés a leglassabb reakció közötti kapcsolatok a szilícium atomok.
A fő katódos reakció szilícium - a hidrogénfejlődés és helyreállítási oxidánsok molekulák. Az adszorbeált hidrogén a szilícium felületen laminátumokat komplexek erősen befolyásoló tulajdonságainak a felület. Amikor a katód reakciókat általában kialakítva kémiai vegyület - szilícium-hidridek.
Mivel az anódos és katódos reakciók, általában előforduló, és mikroanodah microcathodes, térben elkülönülő a szilícium felületen, előfordulhat esetén ezzel egyidejűleg a kémiai egyensúly. Attól függően, hogy melyik a reakciók a sebességmeghatározó (azaz, a leglassabb) különbséget anód és a katód restrikciós maratási folyamat.
Ábra. 4.3. Reakcióvázlat Si oldódási folyamatok
Tekintsük maratással szilícium fluorsavban keverékek (HF) és salétromsav (HNO3). On mikroanodah ebben az esetben a reakciót szilícium-oxid képződését és transzferét kremniyftoristovodorodnuyu savat.
itt N - a lyukak száma.
Abban az esetben, salétromsav:
Visszanyerését microcathodes HNO3 oxidálószer molekulák elfog elektronok, és okozhat lyukinjektáló közvetlenül a szomszédos mikroanod. Az áramlás beállításával az oxidálószer a microcathodes (például, a változó koncentráció vagy diffúzió) szabályozni lehet anódos oldódása. Ez a korlátozás lehetővé teszi, hogy a katód így sima maratott felületi károsodás nélkül réteget.
Anódos korlátozás végezzük, hogy az áramlási fluoridion mikroanodam reakció szerint (4.2). Alapvetően ez a korlátozás lép fel spontán mert anódos reakciók kapcsolódik a pusztítás a rács. Oldódási szilícium így történik túlnyomórészt a felületi hibák (szelektív marással), vagy specifikus krisztallográfiai síkok (anizotrop maratás).
Maratás szilícium katód restrikciós alkalmazzák megszerezni a magas minőségű lemezeket egy sík felületre. Döntő szerepet játszik itt oxidálószert diffúzió a szilícium IC ostya felülete.
A kioldódási sebesség függ a felületi topográfia.
Ábra. 4.4. A függőség a kioldódási sebesség a felületi domborítás
A Fick törvény
ahol V - a molekuláris diffúzió sebességű oxidálószer; D - a diffúziós együtthatót; Cp, Co - egyensúlyi koncentrációja az oxidálószer oldatban, illetve, és a felületen; X - vastagsága a marató anyagot réteg, hogy megy keresztül diffúzió.
Mint látható a grafikonok ábrán. 4.4, a tetejét a felület az oldódási sebesség nagyobb, mint a völgyekben különbségek miatt a távolságok X a és XVp. Mint vérzik a csúcsok és az értékek az X egy XVp konvergálnak, és a különbség a rézkarc sebessége csökken elhanyagolható érték. Egy ilyen helyzet felelne felületi egyenetlenségeihez nagyságrendű 0,2-0,3 mikron.
Ha a szilícium alkalmazni egy pozitív feszültség ofszet, majd az anódos oldódási folyamat tehetők kezelhető, és így minőségének javítása felület (ún elektropolírozott előfordul). Egy ilyen folyamat jön létre a felszínen a szilícium vékonyréteg feloldásával viszkozitású termékek rendelkező elektrolitikus ellenállás, ami növeli az ellenállást az elektrolit. A film vastagsága, a film úgynevezett elektropolírozáshoz, a tetejét kisebb, mint az üregek. Ennek köszönhetően, van egy újraelosztását az anód jelenlegi és a csúcsok maratott gyorsabb depressziók. Minél vékonyabb a elektropolírozáshoz film, annál jobb a minősége a feldolgozott felületén az ostya. A vastagsága és ellenállása az elektrolit film több tényezőtől függ, elsősorban a készítmény az oldat, a keverési sebesség mellett, és a hőmérséklet.
Alacsony áramsűrűség a szilícium anód oldódási kíséri a kialakulása egy vastag amorf film a következő reakcióban :.
A két vegyértékű szilícium-fluorid vegyületet, amely áll a film, lassan vízben feloldódik hidrogén fejlődése :.
Naszcensz hidrogénnel moccan az elektrolit és elektropolírozott film nem képződik.
A nagyobb áram sűrűsége anódos oldódási folyamat felgyorsul, de kezdődik, hogy korlátozza a hátránya-molekulák HF, diffundáló elektrolit-térfogat. Ebben az összefüggésben, a vastag amorf filmet a növekedés lelassul, és van egy új elektrokémiai oldás szilícium aktus :.
A reakcióterméket kremniyftoristovodorodnaya kapunk, amelynek nagyobb ellenállást, mint a elektrolit-térfogat. Ez létrehoz egy nagy ellenállást film felületén a szilícium, a jelenlegi bomlási folyamat elektropolírozással folyamat kezdődik áramlik egy szűk tartományban áramsűrűség. A magas áramsűrűség a kialakulása egy passzív film szilícium-dioxid.
A fenti reakció maratási restrikciós katód alacsony aktiválási energiák # 916; Ea. Az ilyen energia általában jellemző a folyamatokat, hogy a korlátozott diffúzió. Etchants anód korlátozása, ezzel szemben, jellemzi nagy aktiválási energiák. Magas értékei az aktiválási energia azt jelzi, hogy a folyamat határozza meg a kémiai szakaszban, hanem a diffúzió. Továbbá, nagy aktiválási energiájú értékeket vezet éles különbség szilícium maratási sebességek különböző krisztallográfiai síkok, azaz anizotróp rézkarc.
Anizotrop maratásnak széles körben használják gyártásához IC technológiák. Azonban anizotrop etchants igényelhet hevítést szinte bp.