Химическое травление полупроводников является одной из распространенных операций при химической обработке подложек в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Химическое травление и полирование имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с другими методами обработки и подготовки поверхности подложек. Относительная простота и доступность реализации химического травления не требует специального сложного и дорогостоящего оборудования. Процесс обеспечивает быстроту проведения и достаточную надежность получения конечных результатов, что делает его универсальным для обработки разнообразных полупроводниковых материалов. Химическое травление не сопровождается структурными искажениями поверхностного слоя к различного рода деформациями, в то же время позволяет обрабатывать поверхность как единичных подложек (структур) практически с любым сложным профилем и конфигурацией, так и массовых серей подложек. Высокая разрешающая способность некоторых травителей позволяет применять разнообразные приемы и операции как по химическому препарированию образцов для исследовательских целей, так и по химическому удалению тонких поверхностных слоев в массовом производстве для получения заданного рельефа поверхности. Химическое травление также дает возможность проводить исследование характера и плотности распределения всевозможных дефектов.
Недостатками химического травления являются необходимость применения больших количеств агрессивных жидкостей я утилизации отходов травильных растворов, возможность загрязнения поверхности подложек реагентами и продуктами химической реакции.
Химическое травление подразделяют на изотропное, анизотропное и селективное.
Изотропное химическое травление—процесс растворения полупроводника с одинаковой скоростью травления всех граней монокристалла. Скорость травления не зависит от кристаллографического направления поверхности травления.
Анизотропное химическое травление—растворение полупроводника с неодинаковой скоростью травления на различных гранях монокристалла. Скорость протекания химической реакции зависит от кристаллографического направления поверхности.
Селективное химическое травление основано на различной скорости растворения полупроводника на различных участках поверхности с одной и той же кристаллографическом ориентацией по; ложки. Оно приводит к образованию ямок травления, выявляет дислокации, неоднородности распределения примесей и другие факты. Кроме того, известно селективное травление отдельных слоев и подложек эпитаксиальных гетеро-структур, основанное различии скорости травления слоев (подложки) разного химического состава в избирательных травителях.
Изотропное химическое травление применяют для пределанной н предэгоггаксиальной обработки подложек, включающей удаление нарушенного поверхностного слоя и химическое полирование поверхности.
Химическое полирование — это процесс химического травлении полупроводника, в котором происходит сглаживание неровности подложки с уменьшением шероховатости поверхности. При химико-динамическом полировании процесс химического полировали подложек проводится в гидродинамических условиях вращающегося диска и при строго ламинарном движении потока травится: вдоль поверхности полируемых образцов.
С помощью способов изотропного химического травления и полирования поверхности полупроводниковых материалов могут был решены разнообразные задачи в технологии микроэлектроник. Химическое полирование позволяет удалить с поверхности подложек нарушенный слой, остающийся от предыдущей финишной механической обработки, а также механические упругие напряжения; при этом можно получить более гладкую поверхность при минимальном съеме материала и наиболее равно мерном растворении поверхности подложки; обеспечить требуемых очистку поверхности от посторонних включений, загрязнений 'А различных пленок; уменьшить толщину подложек до требуемого размера и получить заданные топографический рельеф поверхности и геометрические размеры.
Во всех остальных случаях, когда гидродинамические и другие условия не обеспечивают сглаживания неровностей поверхности, происходит обычное химическое травление, которое сопровождается некоторым ухудшением качества ранее полированной поверхности, например, по сравнению с химико-механическим полированием.
Анизотропное химическое травление используют для металлографического и оптического исследований структурных поверхностных и объемных дефектов, а в последние годы также и для специальных технологических целей при изготовлении определенных типов приборов.
Селективное химическое травление позволяет выявить дефекты и несовершенства кристаллической структуры подложек (границ зерен, мало-угловых и двойниковых границ, дислокаций, дефектов упаковки и др.); выявить плоскости с малыми индексами для оптической -ориентации полупроводниковых кристаллов; проводить препарирование и разделение многослойных гетеро-эпитаксиальных структур, например, на основе соединений АШВУ и их твердых растворов со слоями различных типов проводимости и разного химического состава.
Наряду с тотальным химическим травлением, в котором процесс растворенья полупроводника протекает равномерно и однородно по всей поверхности подложки, используется также н локальное травление, в котором удаление полупроводникового материала происходит лишь со строго ограниченных к заданных участков поверхности пластины. Для локального химического травления необходимо применение маскирующих или защитных масок, получаемых фотолитографией или другими способами. Для локального химического травления могут использоваться как изотропные, так и анизотропные травители.
Локальное химическое травление позволяет получать кристаллы определенной конфигурации, заданный рельеф на поверхности подложек и создавать требуемый рисунок схемы, например, лунки для различного типа сплавных, диффузионных и поверхности обарьерных диодов и транзисторов; проводить – меза-травление и травление по заданной топологии окисной или нитридной маски для создания рисунка металлических покрытий (контактные площадки, меж-соединительные дорожки и т. д.).
С помощью сочетания методов химического полирования, селективного и локального травления могут быть решены также многочисленные задачи по исследованию качества, морфологии я совершенства подложек, эпитаксиальных структур, по выявлению р—л* переходов и концентрационных профилей, стабилизации поверхностных свойств и состояний и др.
Известны также и другие виды травления: размерное, послойное, декорирующее, окрашивающее химическое травление полупроводников и др. Послойное химическое травление применяют для равномерного и последовательного снятия тонких поверхностных слоев полупроводника после диффузии легирующей примеси, ионной имплантации, а также для изучения поверхностных и объемных дефектов кристаллической структуры подложек н эпитаксиальных слоев и т. д. Для этих целей, как правило, используют полирующие травители с малой скоростью травления (0/1 мхи/ мин) и селективные травители.
Декорирующее и окрашивающее химическое травление — это разновидности селективного травления и их также попользуют для исследования плотности и распределения дислокаций, их природы к механизма образования, для выявления р — (-переходов, различных фазовых включений и т. п.
Несмотря на кажущуюся простоту, общедоступность и легкость в осуществлении способов химического травления полупроводников, реализация этих процессов, в особенности химического полирования, как правило, приводит на практике к различным н многочисленный видам брака. Наиболее типичными из них являются не сохранение геометрической формы подложек, искажение плоско-параллельности, завальцовка края пластин, появление на поверхности полируемых подложек больших макро-неровностей или волнистости (ряби), называемых в литературе «лимонной или алелсиновой коркой», недостаточные воспроизводимость и точность полирования в размер, недостаточная гладкость поверхности.
Тщательный анализ причин брака показывает, что они не все да присущи самому методу химического травления, а часто обусловлены несоблюдением точных технологических условий процесс травления (полирования). Основными причинами указанных выше недостатков химических методов травления являются эмпирический подход к вопросам выбора составов травителей, произвольность в соблюдении режима и гидродинамических условий процесса, скорости и глубины травления и т. д.