Анодное растворение полупроводников в нестационарных условиях электролиза представляет большой практический интерес. При таком электропитании снижаются рабочие напряжения на аноде вследствие лучших условий прохождения тока через область пространственного заряда н снижения диффузионных ограничений. Основные закономерности электролиза при периодическом токе, понятия, определения и методы измерения, используемые в электрохимии металлов, правомерны и при анодном растворении полупроводников. Однако в этом случае эффект нестационарного электролиза зачастую проявляется сильнее, чем при электро-осаждении металлов. В первую очередь практически на порядок снижаются напряжения на аноде. Так, например, при анодном растворении кремния р-типа, легированного бором с р=10 Ом-см, при напряжении около 4В наблюдался максимум плотности тока (точка а на кривой 1 рис. 4.4). Окисление кремния происходит
при пониженных напряжениях (участок оа) на участке аЬ окисная пленка отслаивается, а на участке Ьс имеет место процесс полирования поверхности. Полирование того же материала и в тех же электролитах на постоянном токе осуществляется при напряжении свыше 200 В. Полирование низкоомного кремния р-типа, легированного бором, с р = 0,005 Ом-см (кривая 3) и «-типа, легированного сурьмой, с р = 0,01 Ом-см (кривая 2) происходит при периодическом токе и напряжении порядка 1,5 и 3 В соответственно (для постоянного тока 25 и 110 В). Заметного окисления этих материалов даже при очень низких напряжениях не наблюдается.
Как для р-, так и для «-типа кремния, скорость процесса растворения в НР (2,5 моль/л) выше при использовании периодического тока по сравнению с постоянным током. При периодическом токе с обратной составляющей тока наблюдаются значительные скорости растворения кремния и высокий выход по току, даже при относительно низких (средних за период) плотностях. Так, например, при растворении кремния «-типа, легированного сурьмой, с р = 0,01 Ом-см в НР (2,5 моль/л) при длительности прямого импульса 5 мс, обратного — 10 мс и средней плотности тока около 22 мА/см2, скорость растворения кремния составляет 2,33 мг/см2-с, а выход по току—98%. Изменение температуры электролита в пределах 298—333 К не сказывается на изменениях скорости растворения и выхода по току. Освещение также практически не сказывается на изменении вольт-амперных характеристик и скорости растворения низкоомного кремния. Это указывает на то, что влияние периодического тока аналогично действию света при электролизе на постоянном токе, который вызывает повышение количества электронно-дырочных пар и уменьшение области пространственного заряда. Электро-окисление кремния р-типа, легированного бором, с р = 10 Ом-см в НР (2,5 моль/л) рекомендуется проводить при частоте 50 Гц, тнмп = 5 мс и гср=10—200 мА/см2; электро-полирование при 1ср=250— 400 мА/см2. В этих же режимах проводится травление низкоомного кремния р- и «-типов проводимости. Для получения тонких окисных пленок используются также растворы НЫОз с концентрацией 0,15 моль/л и периодический ток.
Анодное растворение примесей с поверхности кремния. Удаление примесей тяжелых металлов с поверхности полупроводников при периодическом токе является важным процессом при изготовлении приборов, так как позволяет проводить без разрушения материала очистку от примесей до уровня «-109 атом/см2 [102]. В качестве электролита используется раствор НЫОз 0,15 моль/л. При плотности тока 10 мкА/см2 доля тока, расходуемая на растворение примесей, например меди, максимальна, а соотношение парциальных плотностей тока Р*ср : Ср=0,220 На постоянном токе это значение много меньше, а примеси практически не растворяются. Использование процесса электрохимической очистки в технологии изготовления структур со «скрытым» эпитаксиальным слоем способствует снижению дефектов упаковки и повышению значений пробивных напряжений (см. табл. 4.2). Таким образом, введение дополнительной электрохимической очистки поверхности кремниевых пластин позволяет практически на порядок снизить содержание примесей на ней и, соответственно, уменьшить число дефектов упаковки в эпитаксиальном слое.
Оборудование для электрохимической обработки полупроводниковых пластин в нестационарных условиях. Для электрохимической обработки подложек полупроводников в нестационарных условиях применяется установка типа НЭХОП-12. Она состоит из двух отдельных блоков: механического и блока питания и управления. Схема механической части установки представлена на рис. 4.5. Установка собрана в отдельном корпусе и содержит двигатели для вращения анодного и катодного диска, сами диски, вакуумный насос, баки для подачи и слива электролита. Анодный и катодный диски расположены в горизонтальной плоскости, эксцентрично смещены друг относительно друга и вращаются в противоположных направлениях. Реализуем крафт пакеты оптом!
Кроме того, катодный диск имеет возможность перемещаться в вертикальной плоскости, обеспечивая необходимый зазор между дисками, а в горизонтальной —1 устанавливать пластины на анодный диск с вакуумным их креплением. Плоско-параллельность дисков обеспечивается специальным шаровым упором, на который крепится катодный диск; часто-] та его вращения 5—180 мин-1, а анодного диска — 50—350 мин-1.' Катодный диск имеет щелевые прорези для подсветки пластин лампой ДРШ-100. Одновременно на аноде обрабатывается 12 пластин диаметром 40 мм.
Для такой установки используются следующие блоки питания:
1. Источник питания типа ИФПТ-1 с промышленной частотой следования импульсов.
2. Источник питания типа ИФПТ-1 ПЧ с частотой следования импульсов 0,1—500 кГц. Амплитуда напряжения 0—30 В, среднее; значение выходного тока 0—20 А.
3. Источник питания типа ИФП—2ПМ повышенной мощности. Амплитуда напряжения 50—60В, среднее значение выходного' тока 0—50 А.
В заключение главы отметим, что методы электрохимической обработки поверхности полупроводниковых подложек, так же как и химико-механический и химико-динамический методы, обеспечивают получение оптически гладкой поверхности. Однако производительность и эффективность этих процессов ниже, а оборудование и эксплуатация несколько сложнее.