Процессы микро- и нанотехнологий. Ч. 2. Шутов Д.А - 18 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ИГХТУ | Иваново

Составители: 

Рубрика: 

18
двух этапов – окисление Ge до GeO
2
и растворения полученной двуокиси в воде. При
этом имеют место следующие реакции:
H
2
O
2
→ H
2
O + O; Ge + O →GeO; GeO + O →GeO
2
.
Поскольку скорость последующего растворения в воде GeO
2
больше, чем GeO,
конечным продуктом реакции окисления является GeO
2
. В зависимости от
концентрации Н
2
O
2
скорость растворения Ge проходит через максимум и достигает
свого максимального значения примерно при 4% Н
2
O
2
. Сначала скорость растворения
германия определяется процессом его окисления, увеличивающегося с увеличением
числа атомов кислорода. Дальнейшее снижение скорости растворения Ge связано с
уменьшением скорости реакции растворения продуктов окисления. Второй этап
процесса сопровождается реакциями:
GeO
2
+ H
2
O → H
2
GeO
3
(мета - германиевая кислота);
GeO
2
+ 2H
2
O → H
4
GeO
4
(орто – германиевая кислота);
GeO
2
+ 2H
2
O
2
→ H
2
GeO
5
2GeO
2
+ 2H
2
O
2
→ H
2
Ge
2
O
7
(надкислоты)
Травление германия в H
2
O
2
имеет то преимущество, что в процессе разложения
перекиси водорода образуется вода, а следовательно, не возникает дополнительных
загрязнений ни растворителя, ни поверхности пластин. Нужно иметь в виду, что Н
2
O
2
является селективным травителем, то есть скорость растворения германия в плоскости
(111) меньше, чем в плоскостях (110) и (100).
Для увеличения скорости травления в раствор можно добавлять щелочи. Они,
во-первых, способствуют ускоренному разложению H
2
O
2
:
2NaOH + H
2
O
2
→ Na
2
O
2
+ 2H
2
O ;
Na
2
O
2
→ Na
2
O + O
Na
2
O + H
2
O →2NaOH
и, во-вторых, образуют с GeO
2
легко растворимые комплексы. Поскольку выше
приведенные реакции сопровождаются выделением тепла, становится возможным
поддержание автотермического процесса травления.
Травление кремния в щелочах
Перекись водорода совершенно не может быть использована для травления
кремния, так как образуется пленка SiO
2
, которая не растворяется в воде и тормозит
дальнейший процесс. Поэтому в технологии используется щелочное травление – 30-
42% раствор KOH, нагретый до кипения:
Si + 2KOH + H
2
O → K
2
SiO
3
+ 2H
2
.
Типичный щелочной травитель представляет собой 30% раствор NaOH или
KOH, температура 50-100
0
С, время 1-5 мин.
Общие закономерности травления германия и кремния в кислотных травителях.
Скорость растворения германия и кремния в любом травительном растворе
можно определить из соотношения:
t
S
PP
V
⋅
−
=
0
,/
2
ссмг ⋅
где P
0
– вес пластин до травления;
P – вес пластин после травления;
S – эффективная поверхность пластин;
t – время травления.
В ряде случаев скорость травления удобнее оценивать по изменению толщины
пластины и тогда эта величина будет иметь размерность мкм/с. Следует отметить, что
скорость травления не одинакова во времени – в начале процесса она высока, так как
нарушенный поверхностный слой материала травится быстрее, а затем несколько
замедляется и становится постоянной величиной. Любой травильный раствор для 
двух этапов – окисление Ge до GeO2 и растворения полученной двуокиси в воде. При
этом имеют место следующие реакции:
       H2O2 → H2O + O; Ge + O →GeO; GeO + O →GeO2 .
       Поскольку скорость последующего растворения в воде GeO2 больше, чем GeO,
конечным продуктом реакции окисления является GeO2. В зависимости от
концентрации Н2O2 скорость растворения Ge проходит через максимум и достигает
свого максимального значения примерно при 4% Н2O2. Сначала скорость растворения
германия определяется процессом его окисления, увеличивающегося с увеличением
числа атомов кислорода. Дальнейшее снижение скорости растворения Ge связано с
уменьшением скорости реакции растворения продуктов окисления. Второй этап
процесса сопровождается реакциями:
       GeO2 + H2O → H2GeO3 (мета - германиевая кислота);
       GeO2 + 2H2O → H4GeO4 (орто – германиевая кислота);
       GeO2 + 2H2O2 → H2GeO5
       2GeO2 + 2H2O2 → H2Ge2O7           (надкислоты)
       Травление германия в H2O2 имеет то преимущество, что в процессе разложения
перекиси водорода образуется вода, а следовательно, не возникает дополнительных
загрязнений ни растворителя, ни поверхности пластин. Нужно иметь в виду, что Н2O2
является селективным травителем, то есть скорость растворения германия в плоскости
(111) меньше, чем в плоскостях (110) и (100).
       Для увеличения скорости травления в раствор можно добавлять щелочи. Они,
во-первых, способствуют ускоренному разложению H2O2:
       2NaOH + H2O2 → Na2O2 + 2H2O ;
       Na2O2 → Na2O + O
       Na2O + H2O →2NaOH
и, во-вторых, образуют с GeO2 легко растворимые комплексы. Поскольку выше
приведенные реакции сопровождаются выделением тепла, становится возможным
поддержание автотермического процесса травления.
Травление кремния в щелочах
       Перекись водорода совершенно не может быть использована для травления
кремния, так как образуется пленка SiO2, которая не растворяется в воде и тормозит
дальнейший процесс. Поэтому в технологии используется щелочное травление – 30-
42% раствор KOH, нагретый до кипения:
       Si + 2KOH + H2O → K2SiO3 + 2H2 .
       Типичный щелочной травитель представляет собой 30% раствор NaOH или
KOH, температура 50-100 0С, время 1-5 мин.
Общие закономерности травления германия и кремния в кислотных травителях.
       Скорость растворения германия и кремния в любом травительном растворе
можно определить из соотношения:
                                    P0 − P
                               V=          г / см 2 ⋅ с,
                                     S ⋅t
где P0 – вес пластин до травления;
P – вес пластин после травления;
S – эффективная поверхность пластин;
t – время травления.
       В ряде случаев скорость травления удобнее оценивать по изменению толщины
пластины и тогда эта величина будет иметь размерность мкм/с. Следует отметить, что
скорость травления не одинакова во времени – в начале процесса она высока, так как
нарушенный поверхностный слой материала травится быстрее, а затем несколько
замедляется и становится постоянной величиной. Любой травильный раствор для
                                          18

Страницы