Для получения микрорельефа (топографического рисунка) на поверхности полупроводниковых пластин (матриц) широко применяется локальное анизотропное травление. Травители, которые травят в разных направлениях с разной скоростью, называются анизотропными.
Ниже приведены некоторые сведения по кристаллохимии полу-' проводников (Ое, $1, соединений АШВУ), которые необходимы при рассмотрении основных вопросов анизотропного травления.
Кристаллы Се и С1 имеют кристаллическую решетку типа алмаза, а большинство соединений АП,ВУ — решетку сфалерита. В решетке Ое и| $1 узлы заняты атомами одного вида, а в решетке соединений АшВл: — атомами двух видов: А (А1, Оа, 1п) и В(Р, Аз, 5Ь). Оба типа кристаллов относятся к кубической системе, но к разным классам. Кристаллы Ое и 51 относятся к гексаоктаэдрическому классу, а кристаллы соединений АШВУ — к тетраэдрическому. На рис. 5.2 показаны некоторые простые формы кристаллов кубической системы.
Символ определенной единичной грани помещают в круглые скобки, например, символ передней грани куба (100), правой (010), верхней (001) и т. д. Если символ относится ко всем граням простой формы, того помещают в фигурные скобки. Например, грани куба обозначают {100}, грани октаэдра {111} и т. д.
Направление, перпендикулярное определенной грани, например грани (100), обозначают [100]. Совокупность направлений, перпендикулярных граням, например куба {100}.
При анизотропном травлении все грани данной простой формы равноценны, поэтому в дальнейшем для обозначения плоскости используем символы, заключенные в фигурные скобки {100}, {110}, {111}, а для обозначения направлений, перпендикулярных этим плоскостям, — символы <100), <110'), <Л>1).
Для соединений АШВУ направления <111') являются полярными. Символом {111}А обозначены плоскости, поверхностные атомы которых элементы 3-й группы; плоскости, поверхностные атомы которых элементы 5-й группы, обозначены символом {111}В. Соответственно для граней других простых форм использованы символы типа {НИ}А, {НЩВ и т. п.
При исследовании процессов анизотропного травления полезно пользоваться стереографическими проекциями. (Метод построения стереографической проекции и задачи, решаемые в кристаллографии с ее помощью, изложены в [103].) Грани, символы которых указаны на окружности, образуют угол 90° с центральной плоскостью. Стрелками на проекциях показаны направления, перпендикулярные этим граням. Чем ближе точка расположена к центру, тем меньше угол между данной гранью и центральной. Все грани каждой! простой формы обозначены одним символом, без указания положения грани] относительно осей координат. Плоскости {111} выделены; области проекций] граней с индексом А заштрихованы. К символам направлений прибавлен деке «Л» или «В», в зависимости от того, проекция какой грани {111}А или {111} В расположена в этом направлении.
Рассмотрим более подробно возможные связи поверхностных атомов между собой и с атомами в объеме на плоскостях {100}, {110}, {111}. У Се и §1 на плоскости {100} каждый поверхностный! атом связан с двумя атомами в объеме и имеет два неспаренных электрона (две разорванных связи). На плоскостях {110} н {111}' поверхностный атом имеет только одну разорванную связь. Следовательно, плоскость {100} должна быть более реакционноспособной по сравнению с плоскостями {110} и {111}. На плоскости {110} поверхностный атом связан с двумя себе подобными н только с одним атомом в объеме. Удаление одного атома с поверхности ослабляет связи двух соседних атомов на поверхности. Поэтому1 плоскость {110} более химически активна по сравнению с плоскостью {111}, поверхностные атомы которой связаны с тремя атома* ми в объеме. Из рассмотрения этой схемы следует ожидать такой] ряд зависимости скорости травления германия и кремния от ориентации У(Ю0) > V {110} > V {111 } .
В случае соединений АШВУ нужно учитывать и разную природу атомов. В направлении <100> атомы расположены послойно. На идеально - гладкой поверхности все атомы могут быть атомами «А» или «В». Реальная поверхность ступенчата, поэтому поверхностными могут быть одновременно атомы А и В. Те и другие имеют две связи с атомами в объеме. Атомы В более активны, так как имеют три свободных электрона, а атомы А только один, поэтому на плоскости {100} при травлении, вероятно, будут преобладать атомы А. На плоскости {110} поверхностными являются атомы А и В, каждый из которых связан с двумя атомами на поверхности и одним атомом в объеме. Атом «А» на плоскости {110}, видимо, менее активен, чем на плоскости {100}, но удаление двух соседних с ним атомов В способствует быстрому удалению атома А, оставшегося с одной связью. Поэтому следует ожидать, что плоскость {110} будет растворяться с более высокой скоростью, чем плоскость {100}, хотя нет оснований ожидать большой разницы в скоростях травления.
В направлении <11!> атомы А и В также расположены послойно.
Электронная конфигурация атомов на плоскостях {Ш} А и {111} В будет различна. Поверхностные атомы на той и другой плоскости имеют три связи с атомами в объеме, но атомы В имеют два свободных электрона, а у атома А свободных электронов нет. Поэтому в окислительных средах плоскость {111} В более химически активна, чем плоскость {111}А. Химическая активность атома В на плоскостях {110} и {111} В должна быть одинаковой. Но присутствие поверхностных атомов А на плоскостях {110} уменьшает химическую активность этой плоскости по сравнению с плоскостью {111} В.
Таким образом, для соединения АШВУ следует ожидать такой ряд зависимости скорости растворения от ориентации
110) > ^{100} 2> У{П1)А
Однако процессы адсорбции других компонентов травителя (не окислителей) также зависят от электронной структуры поверхности. Адсорбция таких веществ на активных атомах В может изменить ряд зависимости скорости травления от ориентации. В некоторых травителях, содержащих поверхностно-активные вещества, скорость растворения плоскостей {111} В равна или даже меньше скорости растворения плоскостей {111} А. |