Температура раствора

Концентрация компонентов травителя

В полупроводниковой промышленности при жидкостном травлении материалов используются водные растворы реактивов следующих концентраций:

плавиковая кислота HF - 49 - 51 %;

азотная кислота HNO₃ - 70 %;

перекись водорода H₂O₂ - 30 %;

соляная кислота HCl - 36 %;

серная кислота H₂SO₄ - 90 %;

уксусная кислота CH₃COOH - ледяная (безводная).

Скорость процесса травления можно регулировать, вводя различные добавки. Замедлителем (ингибитором) реакции является ледяная уксусная кислота, ускорителем (катализатором) служит элементарный бром. Уксусная кислота, введенная в травитель, уменьшает диэлектрическую постоянную раствора и тем самым подавляет диссоциацию азотной кислоты на ионы. Кроме того, она сама диссоциирует с выделением большого количества ионов H⁺. В результате катодные реакции замедляются. При введении в раствор ускорителя - нескольких капель брома, который адсорбируется на поверхности кремния, в первый момент реакция травления замедляется. Затем он захватывает электрон из кремния и становится отрицательно заряженным ионом Br^–. Отдавая электрон азотной кислоте и переходя в раствор в виде нейтрального иона, бром ускоряет диссоциацию азотной кислоты и способствует протеканию
катодных реакций. При этом возрастает количество дырок в кремнии и травление ускоряется.

На разных этапах технологического процесса могут использоваться полирующие травители с разным соотношением компонентов. Для полировки пластин можно применять травители следующих составов:

HF:HNO₃ = 1:10;

HF:HNO₃ = 1:3;

HF:HNO₃:CH₃COOH = 1:3:1.

После длительного хранения пластины перед проведением последующих операций освежают в разбавленной плавиковой кислоте. Применяется ряд составов травителей на основе азотной и плавиковой кислот. При изменении концентрации компонентов травителя существенно меняются его свойства - травитель может стать селективным. Один из широко известных селективных травителей - травитель Деша - имеет следующий состав:

HF:HNO₃:CH₃COOH = 1:3:(8 - 12).

С помощью этого травителя можно выявить кристаллографические плоскости, дислокации.

Скорость химической реакции экспоненциально зависит от температуры, что видно из соотношения (1.1). Травление полупроводника идет с большим выделением тепла. Возможная неравномерность травления может привести к неоднородному разогреву пластин и растравливанию в местах с наиболее высокой температурой.

Однородность травления и равномерность разогрева обеспечиваются интенсивным перемешиванием травителя. Скорость травления
линейно возрастает с увеличением скорости перемешивания раствора. Скорость перемешивания должна подбираться для каждого состава травителя индивидуально. Это особенно важно при полирующем травлении.

При определенной скорости перемешивания устанавливается соответствующая постоянная толщина обедненной реагентом области непосредственно у поверхности пластины. Неизменность толщины этой
области поддерживает постоянную скорость диффузии молекул травителя из объема раствора к поверхности пластины. Этим обеспечиваются равномерность полировки пластин и постоянство скорости полирующего травления. При слишком медленном перемешивании толщина обедненного слоя может стать очень большой и травление замедлится.
Напротив, при большой скорости перемешивания обедненный слой может не успевать образовываться у поверхности пластин или "срываться" с поверхности потоком жидкости, что приводит к селективному растравливанию поверхности. Перемешивание жидкости осуществляется вращением устройства, в которое помещаются пластины, или самой ванны с травителем.