4. Травление

1. Химическое травление – химическая реакция жидкого травителя с кремниевой пластиной с последующим образованием растворимого соединения. Процесс состоит из следующих стадий:

1. диффузия реагента к поверхности;

2. адсорбция реагента;

3. поверхностная химическая реакция;

4. десорбция продуктов реакции;

5. диффузия продуктов реакции от поверхности;

Пример реакции для изотропного травления кремния:

Si + 4HNO₃  SiO₂ +4NO₃ +2H₂O

SiO₂ + 4HF  SiF₄ + 2H₂O

Для большей равномерности травления ванну с раствором и пластиной кремния вращают в наклонном положении (динамическое травление) или вводят в ванну ультразвуковой вибратор.

Для травления кремния используют анизотропное и изотропное травление. Изотропное травление происходит во всех направления с приблизительно одинаковой скоростью. Для травление используются фосфорная, азотная и уксусная кислоты.

Анизотропное травление основано на том, что скорость химической реакции зависит от кристаллографического направления: минимальная скорость травления в направлении [111], а максимальная – в [100] (скорость травления в направлении [100] в 600 раз больше чем в направлении [111]). В качестве анизотропного травителя используются калиевая кислота и вода.

При использовании анизотропного травления скорость зависит от кристаллографического направления и боковые стенки лунок приобретают рельеф или огранку, углы под которыми вытравливаются боковые стенки лунок строго определены. плоскость [111] является как бы непроницаемой для травителя, что дает возможность при использовании маски избежать подтравливания.

5. Эпитаксия

Эпитаксия – это ориентированный рост полупроводниковых слоёв на полупроводниковой подложке, при котором кристаллографическая ориентация повторяет ориентацию подложки.

Если подложка и плёнка – одно и тоже вещество то процесс автоэпитаксиальный, иначе гетероэпитаксиальный.

Методы этого наращивания делят на прямые и косвенные.

1. Прямые – частицы полупроводника переносятся без промежуточных химических реакций (испарение, сублимация, реактивное распыление).

2. Косвенные – полупроводниковые плёнки получают путём разложения паров полупроводниковых соединений (методы восстановления в H₂ хлоридов, бромидов кремния, а также метод разложения органических соединений кремния).

Недостаток прямого метода – сложность точного дозирования примеси в плёнке. Поэтому чаще используют косвенный метод - восстановление из хлоридов кремния SiCl₄

Рис. 12. Схема установки используемой для восстановления из хлоридов кремния

1. Загружаются пластины Si в реакционную камеру (пластины обработаны)

2. Продувка H₂

3. Заполнение HCl для стравливания SiО₂

4. Нагрев камеры до 1200⁰ и подача SiCl₄ + H₂, происходит реакция восстановления SiCl₄ + H₂= SiCl₂+2HCl

Скорость роста порядка 0,5-5 микрон в минуту. Толщина плёнки 10-20 микрон. В процессе выращивания возможно легирование В₂Н₆ или РН₃ , создающего дырочную (р) или электронную (n) проводимость.

Скорость роста пленки зависит от температуры в камере, кристаллографической ориентации кристалла в подложке (быстрее в [110], медленнее в [100]), от скорости потока газа-носителя, концентрации SiCl₄ в H₂, равномерности потока газа из поверхности кремния.

При невысоких температурах и больших содержаниях SiCl₄ в H₂ образуются рыхлые аморфные слои кремния, при повышении температуры структура кремния ухудшается и появляется поликремний.

Для всех процессов требуется высокая степень чистоты исходных элементов. Поддержание определенного технологического режима позволяет получить постоянство параметров пленки кремния в пределах 510%.

В процессе выращивания слоя кремния возможно легирование соединений бора B₂0₆ (диборан) – получается р-тип кремния или фосфора PH₃ (фосфин) – получается n-тип кремния, задающих дырочную или электронную проводимость.