Ориентация поверхности полупроводника

Дефекты структуры полупроводника

Влияние примесей

Зависимость скорости травления от свойств используемых материалов

Скорость травления определяется рядом факторов: во-первых, свойствами самого полупроводникового материала, такими как кристаллографическая ориентация поверхности кремния, чистота поверхности, присутствие дефектов или нарушенного поверхностного слоя; во-вторых, свойствами травителя: его составом, концентрацией компонентов, наличием примесей в растворе, а также температурой и скоростью перемешивания раствора.

При использовании полирующего травителя присутствие различных примесей и загрязнений на поверхности полупроводника может существенно изменить не только скорость, но и характер травления. Большинство неактивных газов (азот, аргон и другие) легко удаляются с поверхности. Напротив, кислород обладает очень высокой теплотой адсорбции (220 ккал/моль), которая уменьшается в четыре раза после того, как на поверхности кремния образуется монослой окисла. Образовавшийся окисел маскирует кремний от воздействия травителя. Поэтому в присутствии ионов, способствующих растворению окисла, например ионов фтора, скорость травления растет.

Примеси, содержащиеся в объеме полупроводника при их сравнительно невысокой концентрации (менее 10¹⁸ см^–3), оказывают пренебрежимо малое влияние на скорость химического взаимодействия травителя с кремнием. При большой концентрации примесей скорость химической реакции может возрастать из-за увеличения концентрации структурных дефектов в поверхностном слое полупроводника, возникающих при введении примесей. Скорость травления на участках с различным типом проводимости может оказаться разной. В результате на поверхности полупроводника возникают ступеньки, полосы, бугорки.

Если полупроводник содержит большое количество структурных дефектов, особенно дислокаций, то в области выхода дислокации на поверхность полупроводника может образоваться ямка травления. Дислокация характеризуется избыточной упругой энергией деформации, что облегчает растворение вдоль дислокации. Энергия активации растворения кремния уменьшается в этом месте на величину, равную энергии деформации, приходящейся на один атом. Введение большой концентрации примеси способствует увеличению плотности дислокаций. Сегрегация примесей на дислокации также приводит к увеличению скорости травления.

Процессы селективного травления, определяемые скоростью химической реакции, существенно зависят от кристаллографической ориентации полупроводника вследствие того, что процессы адсорбции и комплексообразования определяются числом связей, удерживающих атомы на поверхности, направлением этих связей и расстоянием между атомами. Наибольшая скорость травления в кислотных травителях наблюдается на плоскости, параллельной (110). Наиболее медленно травится плоскость (111). Вероятно это связано с различием адсорбции ионов фтора на этих кристаллографических плоскостях. Можно подобрать компоненты травителя таким образом, что скорости травления плоскостей (100) и (111) будут различаться в 50 раз.