Раствор для электрохимического растворения кремния

Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к технологии обработки полупроводниковых материалов, и может быть использовано при обработке полупроводниковых пластин кремния. Сущность изобретения: раствор для электрохимического растворения кремния содержит хлорид аммония, а в качестве растворителя - мочевину при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорид аммония 7-10; мочевина 90-93. Изобретение позволяет управлять скоростью травления кремния при выходе по току, близкому к 100%, и исключить из раствора экологически вредные вещества.

 

Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к технологии обработки полупроводниковых материалов, и может быть использовано при обработке полупроводниковых пластин кремния.

Известен раствор для обработки полупроводниковых материалов, преимущественно кремния, включающий соли плавиковой кислоты, азотную кислоту и соли металла группы 1В (Патент Франции 517308, кл. С23С, опубл. 1968 г.).

Недостатком раствора является относительно низкая скорость съема кремния, нестабильность раствора во времени, связанная с выпадением в осадок фторидов меди и возможностью неуправляемого растравливания поверхности из-за повышения температуры в процессе обработки, а также с невозможностью качественного травления поверхностно-неоднородных участков кремниевых пластин.

Наиболее близким к предлагаемому является раствор на основе глицерина, содержащий плавиковую кислоту или ее соли (Ефимов Е.А., Ерусалимчик И.Г. Электрохимия германия и кремния. М. Гос.Химиздат, 1963).

Недостатком этого раствора является то, что он содержит ядовитые вещества, а именно плавиковую кислоту.

Общим недостатком известных растворов являются затруднения при проведении локального и прецизионного травления кремния, выражающиеся в точечном растворении поверхности и появлении на ней различных пленок переменного состава, а также содержании в их составе вредных и ядовитых веществ, например фторидов и соединений азота. При химическом травлении дополнительные трудности возникают в связи с экзотермичностью процесса, что приводит к резкому и часто неуправляемому росту скорости его.

Задача изобретения - обеспечить возможность управляемого электрохимического растворения полупроводникового кремния при высоком выходе по току.

Технический результат - возможность управления скоростью травления полупроводникового материала при выходе по току, близкому к 100%, и исключение из раствора экологически вредных веществ.

Это достигается тем, что раствор для электрохимического растворения кремния, содержащий соль и растворитель органического происхождения, в качестве соли содержит хлорид аммония, а в качестве растворителя - мочевину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мочевина	90-93
хлорид аммония	7-10

Хлорид аммония и мочевина, используемые в предлагаемом растворе, представляют собой известные соединения. Хлорид аммония является солью неорганического происхождения, которая в расплаве мочевины способна диссоциировать с появлением ионов. Появление ионов хлора и аммония в расплаве мочевины приводит к снижению сопротивления электролита и возможности повышения силы протекающего тока при травлении кремния. Мочевина является органическим соединением, которое в расплавленном состоянии проявляет щелочные свойства, что способствует растворению кремния и его оксидов. Появление ионов хлора в расплаве способствует при анодном травлении кремния образованию тетрахлорида кремния (температура кипения 56,7°С), который и удаляется с обрабатываемой поверхности за счет диффузии.

Съем кремния зависит практически только от длительности процесса электролиза при заданной плотности тока и подчиняется закону Фарадея, связывающему массу выделившегося или растворившегося вещества с силой протекающего тока и временем его протекания.

В предлагаемом растворе процесс электрохимического травления кремния (n- и p-типа) может осуществляться при анодной плотности тока в пределах 5-10 А/дм², напряжении 5-10 В и температуре 150-160°С. Анодный выход по току при этом составляет от 90 до 100% в пересчете на четырехвалентный кремний.

Пример 1. Раствор-расплав мочевины 100%, хлорид аммония отсутствует. Выход по току 60-70% при плотности тока обработки кремния 5-10 А/ дм².

Пример 2. Раствор-расплав мочевины, мас.% - 93, хлорида аммония - 7. Выход но току 100% при плотности тока обработки кремния 5-10 А/дм².

Пример 3. Раствор-расплав мочевины, мас.% - 90, хлорид аммония - 10. Выход по току 100% при плотности тока обработки кремния 5-10 А/дм².

Пример 4. Раствор-расплав мочевины, мас.% - 90, хлорида аммония - 10 при плотности тока 5 А/дм², выход по току 100%.

Пример 5. Раствор-расплав мочевины, мас.% - 90, хлорида аммония - 10. При плотности тока 10 A/дм², выход по току 100%.

При плотности тока меньше 5 А/дм² снижается соответственно скорость электрохимического растворения кремния. При плотности тока свыше 10 А/дм² появляются осложнения при электрохимическом растворении кремния, связанные с замедленностью удаления продуктов травления с обрабатываемой поверхности.

При отсутствии в растворе расплава мочевины, хлорида аммония резко снижается количество ионов-переносчиков тока, что способствует повышению сопротивления раствора, снижению скорости травления и выхода по току, а также затруднению удаления с поверхности кремния продуктов его растворения. Поэтому при содержании хлорида аммония меньше 7% выход по току растворения кремния снижается до 60-70% при соответствующем высоком сопротивлении раствора. Повышать содержание хлорида аммония свыше 10% нецелесообразно, т.к. повышающаяся вязкость самого расплава начинает затруднять самопроизвольное удаление продуктов растворения кремния без перемешивания. Раствор для электрохимического травления полупроводникового кремния может быть использован для поверхностного травления кремния n- и p-типа.

Раствор для электрохимического растворения кремния, содержащий соль и растворитель органического происхождения, отличающийся тем, что в качестве соли содержит хлорид аммония, а в качестве растворителя мочевину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мочевина	90-93
хлорид аммония	7-10