Содержание

Содержание 2

1 Роль и значение химического травления в технологии ИМС 3

2 Виды химического травления 7

3 Механизм химического травления и факторы влияющие на производительность 16

Список литературы 19

1 Роль и значение химического травления в технологии имс

Преимущество кремния по сравнению с германием - большая ширина запрещенной зоны, то есть возможность работы приборов при более высокой температуре. Начиная с конца 1950-х гг., кремний становится ведущим полупроводниковым материалом благодаря успешному развитию методов зонной плавки для очистки полупроводников. По распространенности он второй элемент после кислорода. Сырьем для получения кремния служит чистый диоксид кремния, который восстанавливают углеродом в печах при температуре около 1700° С. Однако чаще кремний получают в виде сплава с железом (ферросилиций) или магнием. Ввиду того, что очистка технического кремния очень сложна, его обычно переводят в легколетучие производные (SiCl 4 ; SiHCl3, SiH 4 ), которые подвергают глубокой ректификационной очистке. Из указанных соединений получают кремний сырец. Соответственно существуют три способа его получения.

1. Восстановление тетрахлорида кремния водородом. Тетрахлорид получают хлорированием сплава кремния с железом или магнием. Суммарная реакция восстановления терахлорида протекает при 1050 – 1100 °С и ее проводят в 50-кратном избытке водорода.

SiСl4 + Н2→ Si + НCl

2. Восстановление трихлорсилана водородом:

SiHCl3 +H2 → Si + HCl.

Трихлорсилан получают обработкой кремниевого сырья хлористым водородом при температуре 350-400 °С. Преимущество этой технологии - большая чистота получаемого кремния, так как трихлорсилан очищается значительно легче тетрахлорида кремния.

3. Термическое разложение (пиролиз) моносилана. Исходный моносилан получают из тетрахлорида с помощью литий-алюминий-гидрида:

SiCl4+LiAlH4 → SiH4 + LiCl+AlCl3

или пиролизом триэтоксисилана в присутствии металлического натрия

SiH(ОС2Н5)4 → SiH4 + Si(ОС2Н5)4 .

Моносилан очищают низкотемпературной ректификацией и подвергают разложению при температуре 600-700 °С. Преимущество этой технологии - наилучшая чистота получаемого кремния; недостатки - высокая горючесть и взрывоопасность моносилана.

По всем трем технологиям (восстановление или пиролиз) кристаллический кремний получают в однотипных специальных установках, где он осаждается на нагреваемых прямым пропусканием тока тонких кремниевых стержнях.

Полученный любым из указанных способов кремний в дальнейшем очищается безтигельной зонной плавкой и поступает на выращивание монокристаллов по методу Чохральского.

Кремний, как и германий, образует твердые ковалентные кристаллы со структурой алмаза. Постоянная решетки с=0,543 нм, плотность кристаллов 2,32 г/см³. Он несколько темнее и прочнее германия. Кристаллический кремний - довольно инертное вещество благодаря плотному слою оксида толщиной до 4,0 нм. Для кремния характерно большое сродство к фтору и кислороду. Хорошо растворяется кремний только в смеси HNO3+HF по реакции Si + HNO3 + HF → H2SiF6 + NO +H2O, которая лежит в основе действия многих травителей для кремния.

Некоторые электрофизические свойства кремния. По многим физическим свойствам кремний близок к германию, но имеет большую ширину запрещенной зоны, которая при абсолютном нуле имеет значение

E g =1,21эВ. Температурная зависимость ширины запрещенной зоны имеет вид: E g =1,21 – 3,6·10 - 4 ּТ.

Структура зон кремния аналогична германию. Подвижность электронов и дырок в монокристаллическом кремнии при комнатной температуре имеет значение µn=1500 см 2 /Вּс; µp=480 см 2 /Вּс. Как и в германии, в кремнии существует два типа дырок: легкие с тл* = 0,16 и тяжелые mт*=0,49. Поведение примесей в кремнии аналогично германию, хотя у кремния более выражено увеличение энергии ионизации акцепторных примесей сверху вниз по Периодической системе.

Кремний основной материал современной полупроводниковой и электронной техники. Он используется при изготовлении практически всех существующих в настоящее время приборов электронной техники (транзисторов, тиристоров, диодов и др.) и интегральных микросхем. Полупроводниковые фотоэлементы на кремнии имеют КПД до 15%. Основное потребление кремния – технология интегральных схем и микропроцессорной техники. Интегральные схемы на кремнии являются в настоящее время основными компонентами вычислительной техники и автоматики.

В настоящее время из всех полупроводниковых материалов наибольшее применение для изготовления полупроводниковых ИМС получил кремний.

Кремний - элемент IV группы Периодической системы элементов Д.И.Менделеева, один из самых распространенных элементов на Земле, содержание его в земной коре составляет 29,5%. В природе кремний встречается только в соединениях в виде окисла и в солях кремниевых кислот. Чистота природной окиси кремния в виде монокристаллов кварца иногда достигает 99,99%; в ряде месторождений чистота песка составляет 99,8-99,9%.

Технический кремний, получаемый восстановлением двуокиси кремния SiO2 в электрической дуге между графитовыми электродами, содержит около 1% примесей и как полупроводник не может быть использован; он является исходным сырьем для получения кремния полупроводниковой чистоты, примесей в котором должно быть менее .

Разработана промышленная технология, позволяющая получать особо чистый кремний с содержанием примесей

Более широкое применение кремния обусловлено преимуществом его физических и технологических свойств по сравнению с другими полупроводниками (в частности, с германием).

Для изготовления полупроводниковых приборов и ИМС используют выпускаемые промышленностью пластины кремния четырех |видов:

1. Однослойные p- и n- типов;

2. Двухслойные р- или n- типа с эпитаксиальным n-слоем, покрытые оксидом либо нитридом кремния;

3. Двухслойные р-типа с эпитаксиальным n- слоем и скрытым n+- слоем;

4. Гетероэпитаксиальные структуры типа кремний на сапфире.

Однослойные пластины кремния р- и n-типов получают резкой слитков монокристаллического кремния диаметром 50-150 мм на пластины толщиной 0,25-0,4 мм. Промышленностью выпускаются слитки монокристаллического кремния, которые в зависимости от типа электропроводности и значения удельного сопротивления подразделяются на пять групп.

Подготовка пластин, получаемых из слитков монокристаллического кремния, является одним из важнейших этапов производства ИМС и включает в себя следующие операции: ориентацию слитков по кристаллографическим осям, резку слитков на пластины, шлифование, полирование, травление и очистку поверхностей от загрязнений различных типов, приобретённых на предыдущих этапах обработки.