Гальванотехника и ее применение в микроэлектронике
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
Для ряда травителей энергия активации химической реакции DЕа на порядок и более превышает энергию активации, определюящую скорость диффузии реагента. В этом случае скорость травления определяется скоростью химической реакции vр:
Vтр = vр¥ (NA)a (NB)b exp(- DЕа/(RT),
где NA и NB - концентрации реагирующих веществ; R – универсальная газовая постоянная; a и b – показатели, численно равные коэффициентам в уравнении химической реакции.
Поскольку энергия активации химической реакции зависит от неоднородности поверхности, скорость травления чувствительна к состоянию поверхности. Так как различные кристаллографические поверхности структуры кремния имеют различно значение DЕа, то скорость травления зависит от ориентации пластин, а также от температуры.
В качестве селективных травителей (травители, для которых
контролирующей стадией является химическая реакция) пластин кремния используют водные растворы щелочей (например, NaOH, KOH) и гидразин гибрат (NH2)2H2O.
Для селективных травителей характерная разница скоростей травления в различных кристаллографических
направлениях достигает одного порядка и более. Так, для щелочных травителей изменение скорости травления соответствует схеме (100) > (110) > (111).
Селективное травление используют для локальной обработки полупроводниковых пластин, в том числе для создания изолирующих областей при изготовлении ИМС.
Электрохимическое травление основано на химических превращениях, которые происходят при электролизе. Для этого полупроводниковую пластину (анод) и металлических электрод (катод) помещают в электролит, через который пропускают электрический ток. Процесс является окислительно-восстановительной реакцией, состоящей из анодного окисления (растворения) и катодного восстановления. Кинетика анодного растворения определяется концентрацией дырок, генерируемых на поверхности полупроводниковой пластины.
Электрохимическое травление кремниевых пластин производят в растворах, содержащих плавиковую кислоту, при возрастающей плотности тока. При этом вначале происходит образование на поверхности пластины слоя оксида кремния, в состав которого
входит фтористокремниевый комплекс SiF2, окисляющийся в водных растворах с выделением водорода согласно реакции:
NSi + 2nHF ® (SiF2)n + 2nH+ + 2ne-
(SiF2)n + 2nH2O ®nSiO2 + 2nHF + nH2
Затем происходит анодное растворение оксида кремния в плавиковой кислоте:
SiO2 + 6HF ® H2SiF6 + 2H2O
Такой процесс называют также электрополировкой.
Для ускорения наименее медленных стадий процессов очистки с целью повышения качества очистки и производительности процессов применяют анодно-механическое травление. В основу анодно-механического травления положено электрохимическое травление, сопровождаемое механическим воздействием. Электролит подается на освещенные мощной лампой (для генерации дырок) пластины, которые предварительно закрепляются на аноде и
соприкасаются с вращающимся катодным диском, содержащим радиальные канавки. При этом скорость электрополировки достигает 400нм/с.
Электролитическое травление применяют как для очистки поверхности пластин, так и для их локальной обработки.
Электрохимическое нанесение пленок
В технологии микроэлектроники для получения пленочных покрытий с различными свойствами наряду с вакуумными применяют электрохимическое осаждение, анодное окисление. В основу метода положены реакции протекающие в водных растворах солей металлов в условиях приложенного электрического поля. В результате взаимодействия продуктов реакции с подложкой образуется пленка.