Bazele tehnologiei bazei electronice a componentelor
Cursuri 2-3. Metode fizico-chimice de tratare a suprafeței
1. Morfierea chimică a siliciului
2. Kinetica de gravură siliciu
3. Două teorii de auto-dizolvare a siliciului
4. Dependența ratei de gravare asupra proprietăților
materialele folosite
5. Polizare chimico-dinamică
6. Se spală plăcile în apă
Procesul de gravare constă în mai multe etape: reactivul trebuie să se apropie de suprafața plăcii, să-l adsorb pe ea, să se alăture cu siliciul în interacțiunea chimică. Produsele de reacție rezultate trebuie, la rândul lor, să fie desorbite de pe suprafață și apoi eliminate în volumul soluției.
Timpul de gravare este suma momentelor din fiecare dintre aceste etape. Și dacă orice etapă se dovedește a fi cea mai lungă, atunci ea va determina (limita) întregul proces de gravare. La momentul inițial, concentrația de etanșant în întregul volum este aceeași. Totuși, după un timp, acea parte a soluției, care este aproape de suprafața siliciului, interacționează cu ea. Concentrația moleculelor de etanșare la suprafața siliciului scade datorită reacției chimice, astfel încât se formează un strat de molecule de etanșant cu concentrația C ¢. Pentru continuarea reacției, este necesar ca din volumul de etanșant, unde concentrația sa C, moleculele de etanșant să ajungă la suprafața siliciului. Livrarea moleculelor din volumul de etanșant pe suprafața plăcii este un proces de difuzie a cărui viteză este egală cu
unde kq este coeficientul de difuzie al moleculelor de etanșare.
În primul moment, când concentrația de etanșare este aceeași peste tot, viteza de gravare a siliciului este maximă și egală cu
unde kp este constanta vitezei reacției chimice; E - energia de activare a procesului de gravare; k este constanta Boltzmann; T este temperatura. Este evident că rata reacției chimice depinde în principal de energia de activare și de temperatura. Dacă suprafața semiconductorului este neuniformă din punct de vedere energetic, de exemplu, există orificii de dislocare sau alte defecte, atunci în astfel de locuri energia de activare poate fi mult mai mică, rata de gravare este mai mare, gravarea devine selectivă.
După un anumit interval de timp, difuzia reactivului la
suprafața și rata reacției chimice devin aceleași:
Apoi, viteza de gravare poate fi determinată după cum urmează:
Natura gravării siliciului depinde de care dintre etapele de gravare este cea mai lentă: difuzia reactivului pe suprafață sau reacția chimică. Vitezele fiecăreia dintre aceste etape sunt determinate de valorile ratelor de difuzie unitară kd sau de reacția chimică kp exp (-E / kT).
Rata de gravare este determinată de viteza reacției chimice și depinde de energia de activare a gravării. În consecință, gravarea va fi selectivă, la fel ca la primul moment. Un astfel de proces este utilizat pentru a detecta defectele structurale pe suprafața unui semiconductor, orientarea cristalografică a suprafeței.
Rata de gravare în acest caz depinde puțin de energia de activare și se determină numai prin procese de difuzie. Lipirea va fi lustruirea. Polizarea este după cum urmează. Dacă suprafața plăcii are un relief, după formarea stratului de suprafață se dovedește a sărăcit etchant-se constată că grosimea acesteia din urmă în jurul proeminențelor ușor mai mici (figura 1.4) decât grosimea sa medie, astfel încât să se potrivească proeminențele agentului are loc mai rapid și netezirea lor.
Siliciul este un material destul de inert, care se explică prin prezența unui film de oxid pe suprafața acestuia. Prin urmare, un acid fluorhidric, care dizolvă oxidul, este introdus în silicat pentru etchant. Pentru a explica auto-dizolvarea siliciului, există două teorii: chimice și electrochimice.
Cea mai simplă explicație a procesului de gravare este dată de teoria chimică: eticheta trebuie să conțină două componente - un oxidant, care este de obicei acid azotic și un solvent de oxid, care este acidul fluorhidric. Această teorie sa dovedit a fi foarte reușită în selectarea principalilor compuși marker și explicarea efectului de lustruit, dar nu poate explica procesul de gravare selectivă.
Teoria electrochimică presupune că suprafața semiconductorului este neomogenă din punct de vedere energetic, în urma căreia pot apărea secțiuni separate de spațiu de microcatoduri și microanoduri.
La locurile de anod, reacția se desfășoară:
Oxidul rezultat este transformat într-un complex solubil cu ajutorul acidului fluorhidric:
Reacția totală poate fi scrisă ca:
Principalele reacții catodice pe siliciu sunt evoluția hidrogenului și reducerea moleculelor de oxidanți. În timpul reacțiilor catodice, pot fi create hidruri de siliciu.
Reacția de reducere a oxidării, de exemplu acidul azotic, se desfășoară mult mai ușor decât reacția de evoluție a hidrogenului. Procesul poate continua cu captarea unui electron din banda de conducție sau banda de valență, care este echivalentă cu găurile de injectare pe suprafața siliciului.
Reducerea acidului azotic are loc cu participarea a doi electroni și formarea acidului azotic:
sau cu participarea a trei electroni (reducerea la oxid nitric):
În cel de-al doilea caz, când se recuperează o singură moleculă de acid, se eliberează trei găuri, ceea ce conduce la o creștere a vitezei de dizolvare a siliciului. Reacția totală de gravare pentru acest caz are forma:
Conform acestei reacții, raportul HNO3: HF = 1: 4,5 procente molare, ceea ce corespunde vitezei maxime de gravare a siliciului.
Procesul anodic este determinat de ruperea legăturilor laturii cristaline, astfel încât la diferite părți ale suprafeței aceasta are loc la rate diferite. În locurile în care ieșirile dislocă și alte perturbații de zăbrele, procesul de anodie continuă mai intens.
Astfel, se observă gravarea selectivă atunci când se utilizează un agent de etanșare cu control anodic. Pentru a produce o suprafață lustruită, ar trebui să se utilizeze un dispozitiv de etanșare cu control catodic.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: