Травление Райт (также Райт-Дженкинс травление ) является преимущественное травление для выявления дефектов в <100> - и <111> -ориентированная, p- и п-типа кремниевых пластин , используемых для изготовления транзисторов, микропроцессоры, память и другие компоненты. Выявление, выявление и устранение таких дефектов необходимо для продвижения по пути, предсказанному законом Мура . Он был разработан Маргарет Райт Дженкинс (1936-2018) в 1976 году, работая в отделе исследований и разработок в Motorola Inc. в Фениксе, штат Аризона. Он был опубликован в 1977 году. [1] Этот травитель обнаруживает четко выраженное окисление.-индуцированные дефекты упаковки, дислокации, завихрения и бороздки с минимальной шероховатостью поверхности или посторонней точечной коррозии. Эти дефекты являются известными причинами короткого замыкания и утечки тока в готовых полупроводниковых устройствах (например, транзисторах ), если они попадают через изолированные переходы. Относительно низкая скорость травления (~ 1 микрометр в минуту) при комнатной температуре обеспечивает контроль травления. Длительный срок хранения этого травителя позволяет хранить раствор в больших количествах. [1]
Формула травления
Состав офорта Райта следующий:
- 60 мл концентрированной HF ( плавиковой кислоты )
- 30 мл концентрированной HNO 3 ( азотная кислота )
- 30 мл 5 моль CrO 3 (смешайте 1 грамм триоксида хрома с 2 мл воды; цифры подозрительно круглые, потому что молекулярная масса триоксида хрома почти точно равна 100).
- 2 грамма Cu (NO 3 ) 2 . 3H 2 O ( тригидрат нитрата меди II )
- 60 мл концентрированного CH 3 COOH ( уксусная кислота )
- 60 мл H 2 O ( деионизированная вода )
При перемешивании раствора наилучшие результаты достигаются, если сначала растворять нитрат меди в заданном количестве воды; в противном случае порядок смешивания не имеет значения.
Механизм травления
Травление Райта постоянно дает четко определенные фигуры травления типичных дефектов на кремниевых поверхностях. Этот атрибут связан с взаимодействиями выбранных химических веществ в формуле. Роббинс и Шварц [2] [3] [4] подробно описали химическое травление кремния с использованием системы HF, HNO 3 и H 2 O; и система HF, HNO 3 , H 2 O и CH 3 COOH (уксусная кислота). Вкратце, травление кремния - это двухэтапный процесс. Сначала верхняя поверхность кремния превращается в растворимый оксид подходящим окислителем (ами). Затем образовавшийся оксидный слой удаляют с поверхности растворением в подходящем растворителе , обычно HF. Это непрерывный процесс во время цикла травления. Чтобы очертить кристаллический дефект, область дефекта должна окисляться медленнее или быстрее, чем окружающая область, тем самым образуя насыпь или ямку во время процесса предпочтительного травления.
В настоящей системе кремний окисляется HNO 3 , раствором CrO 3 (который в данном случае содержит дихромат-ион Cr 2 O 7 2- , так как pH низкий - см. Фазовую диаграмму в хромовой кислоте ) и Cu (NO 3 ) 2 . Дихромат-ион, сильный окислитель, считается основным окислителем . Отношение HNO 3 к раствору CrO 3, указанное в формуле, обеспечивает превосходную протравленную поверхность. Другие соотношения дают менее желательную отделку. При добавлении небольшого количества Cu (NO 3 ) 2 определение дефекта улучшилось. Следовательно, считается, что Cu (NO 3 ) 2 влияет на скорость локализованного дифференциального окисления в месте дефекта. Добавление уксусной кислоты придало фоновой поверхности протравленного кремния гладкую поверхность. Предполагается, что этот эффект объясняется смачивающим действием уксусной кислоты, которое предотвращает образование пузырьков во время травления.
Все экспериментальные травления для выявления дефектов проводились на очищенных и окисленных пластинах. Все окисления проводили при 1200 ° C в паре в течение 75 минут. На рисунке 1 (a) показаны вызванные окислением дефекты упаковки в пластинах с ориентацией <100> через 30 минут травления Райта, (b) и (c) показаны дислокационные ямки на пластинах с ориентацией <100> и <111> соответственно через 20 минут. Райт офорт. [1]
На рис. 1 (а) показаны вызванные окислением дефекты упаковки на <100> -ориентированной пластине 7-10 Ом-см, легированной бором, после 30 минут травления по Райту (стрелка A на этом рисунке указывает на форму дефектов, которые пересекаются поверхность, а B указывает на объемные разломы). На рис. 1 (b) и (c) показаны дислокационные ямки на пластинах с ориентацией в <100> и <111> соответственно после 20 минут травления по Райту. [1]
Резюме
Этот процесс травления является быстрым и надежным методом определения целостности предварительно обработанных полированных кремниевых пластин или выявления дефектов, которые могут возникнуть в любой момент во время обработки пластины. Было продемонстрировано, что травление Райта лучше по выявлению дефектов упаковки и фигур травления дислокаций по сравнению с травлениями Сиртля [5] и Секко . [6]
Это травление широко используется при анализе отказов электрических устройств на различных этапах обработки пластин. [7] [8] Для сравнения, травление Райта часто было предпочтительным травителем для выявления дефектов в кристаллах кремния. [7] [8]
На рисунке 2 показано сравнение дефектов упаковки, вызванных окислением, на пластинах с ориентацией <100> после травления Райта, Секко и травления Сиртла соответственно. [1]
На рисунке 3 показано сравнение очертаний дислокационных ямок на пластинах с ориентацией <100> после травления Райта, Секко и Сиртла. На последнем рисунке 4 показано сравнение дислокационных ямок, обнаруженных на пластине с ориентацией <111> после травления с помощью травления Райта, Секко и Сиртла соответственно. [1]
На рисунке 3 показано сравнение очертаний дислокаций на пластине с толщиной 10-20 Ом-см, легированной бором, ориентированной на <100>, после окисления и предпочтительного травления. (a) через 20 минут травления по Райту, (b) через 10 минут после травления по Secco и (c) через 6 минут после травления по Sirtl. [1]
На рис. 4 показано сравнение очертаний дислокаций на <111> -ориентированной пластине 10-20 Ом-см, легированной бором, после окисления и предпочтительного травления. (a) через 10 минут травления по Райту, (b) через 10 минут после травления по Secco и (c) через 3 минуты после травления по Sirtl. Стрелки указывают направление скольжения. [1]
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i j k l Райт Дженкинс, Маргарет (май 1977 г.) [1976-08-27, 1976-12-16]. «Новое предпочтительное травление дефектов в кристаллах кремния» . Журнал Электрохимического общества . Motorola Incorporated , Motorola Semiconductor Products Group , Феникс, Аризона, США: Электрохимическое общество (ECS). 124 (5): 757–759. DOI : 10.1149 / 1.2133401 . Проверено 6 апреля 2019 .
- ^ Роббинс, Гарри; Шварц, Бертрам (июнь 1959 г.) [1958-04-30]. «Химическое травление кремния: Часть I. Система HF, HNO 3 , H 2 O и HC 2 H 3 O 2 » . Журнал Электрохимического общества . Электрохимическое общество (ECS). 106 (6): 505–508. DOI : 10.1149 / 1.2427397 .
- ^ Роббинс, Гарри; Шварц, Бертрам (февраль 1960) [1959-04-06]. «Химическое травление кремния: Часть II. Система HF, HNO 3 , H 2 O и HC 2 H 3 O 2 » . Журнал Электрохимического общества . Электрохимическое общество (ECS). 107 (2): 108–111. DOI : 10.1149 / 1.2427617 .
- ^ Роббинс, Гарри; Шварц, Бертрам (август 1961 г.) [1960-08-08, 1960-12-28]. «Химическое травление кремния: Часть III. Исследование температуры в кислотной системе». Журнал Электрохимического общества . Электрохимическое общество (ECS). 108 (4): 365–372. DOI : 10.1149 / 1.2428090 .
- ^ Сиртл, Эрхард; Адлер, Аннемари (август 1961 г.). "Chromsäure-Flussäure als Spezifisches System zur Ätzgrubenentwicklung auf Silizium". Zeitschrift für Metallkunde (ZfM) (на немецком языке). 52 (8): 529–534. NAID 10011334657 .
- ^ Секко д'Арагона, Ф. (июль 1972 г.) [1971-12-20, 1972-03-03]. «Дислокационное травление для плоскостей (100) в кремнии» . Журнал Электрохимического общества . Электрохимическое общество (ECS). 119 (7): 948–951. DOI : 10.1149 / 1.2404374 .
- ^ а б Su, Garth K .; Джин, Да; Ким, Сунг-Рэ; Чан, Цзе-Хо; Балан, Хари; Линь, Юнг-Тао; Хан, Кён Джун; Ся, Стив (декабрь 2003 г.). «CMOS: предотвращение дефектов - дефекты конвейера во флэш-устройствах, связанных с кольцевым OSF» (PDF) . Производство полупроводников : 144–151. Архивировано из оригинального (PDF) 03 марта 2016 года . Проверено 6 апреля 2019 .
- ^ а б «Глава 6» . Травление дефектов в кремнии . 2002. Архивировано 06.04.2019 . Проверено 6 апреля 2019 .