Райт офорт - Wright etch

  • Маргарет Райт Дженкинс; 1936-2018 гг.

В Райт офорт (также Райт-Дженкинс офорт) является предпочтительным травлением для выявления дефектов в <100> - и <111> -ориентированных, p- и n-типах. кремний пластины, используемые для изготовления транзисторов, микропроцессоров, памяти и других компонентов. Выявление, идентификация и устранение таких дефектов имеет важное значение для продвижения по пути, предсказанному Закон Мура. Он был разработан Маргарет Райт Дженкинс (1936-2018) в 1976 году во время работы в исследования и разработки в Motorola Inc. в Фениксе, Аризона. Он был опубликован в 1977 году.[1] Этот травить показывает четко определенные 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 готовом полупроводник устройства (такие как транзисторы ), если они упадут на изолированные стыки. 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:

  • 30 мл 5 моль CrO3 (смешать 1 грамм триоксид хрома на 2 мл воды; числа подозрительно округлые, потому что молекулярная масса триоксид хрома почти точно 100).

При перемешивании раствора наилучшие результаты достигаются, если сначала растворять нитрат меди в данном количестве воды; в противном случае порядок смешивания не имеет значения.

Механизм травления

Травление Райта постоянно дает четко определенные фигуры травления обычных дефектов на кремниевых поверхностях. Этот атрибут относится к взаимодействиям выбранных химикаты в формуле. Роббинс и Шварц[2][3][4] подробно описал химическое травление кремния с использованием HF, HNO3 и H2Система O; и HF, HNO3, H2O и CH3Система COOH (уксусная кислота). Вкратце, травление кремния - это двухэтапный процесс. Сначала верхняя поверхность кремния превращается в растворимый окись подходящим окислителем (ами). Затем образовавшийся оксидный слой удаляют с поверхности растворением в подходящем растворитель, обычно ВЧ. 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, CrO3 раствор (который в данном случае содержит Cr2О72− дихромат-иона, так как pH низкий - см. фазовую диаграмму в хромовая кислота ) и Cu (NO3)2. Дихромат-ион, сильный окислитель, считается основным окислитель. Соотношение HNO3 в CrO3 раствор, указанный в формуле, обеспечивает превосходное протравливание поверхности. Другие соотношения дают менее желательную отделку. При добавлении небольшого количества Cu (NO3)2, улучшено определение дефекта. Поэтому считается, что Cu (NO3)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 рис. 1 (а) показаны вызванные окислением дефекты упаковки в пластинах с ориентацией <100> после 30 минут травления по Райту, (b) и (c) показаны дислокационные ямки на пластинах с ориентацией <100> и <111> соответственно через 20 минут. Райт офорт.[1]

Рисунок 1 (а), (б), (в)[1]

На рис. 1 (а) показаны вызванные окислением дефекты упаковки на <100> -ориентированной пластине с сопротивлением 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 - быстрый и надежный метод определения целостности предварительно обработанных полированных деталей. кремниевые пластины или для выявления дефектов, которые могут возникнуть в любой момент во время обработки пластины. Было продемонстрировано, что травление Райта лучше в обнаружении дефектов упаковки и фигур травления дислокаций по сравнению с теми, которые были обнаружены Сиртл[5] и Офорты Secco.[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]

Рисунок 2 (a), (b), (c): микрофотографии сравнения травления Райта.[1]

На рис. 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]

Рисунок 3 (a), (b), (c): микрофотографии сравнения травления Райта.[1]

На рис. 3 показано сравнение очертаний дислокаций на <100> -ориентированной пластине с толщиной 10-20 Ом-см, легированной бором, 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]

Рисунок 4 (a), (b), (c): микрофотографии сравнения травления Райта.[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

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Райт Дженкинс, Маргарет (май 1977 г.) [1976-08-27, 1976-12-16]. «Новый предпочтительный протравливание дефектов в кристаллах кремния». Журнал Электрохимического общества. Motorola Incorporated, Группа Motorola Semiconductor Products, Феникс, Аризона, США: Электрохимическое общество (ECS). 124 (5): 757–759. Дои:10.1149/1.2133401. Получено 2019-04-06.
  2. ^ Роббинс, Гарри; Шварц, Бертрам (июнь 1959 г.) [1958-04-30]. «Химическое травление кремния. Часть I. Система HF, HNO.3, H2O и HC2ЧАС3О2". Журнал Электрохимического общества. Электрохимическое общество (ECS). 106 (6): 505–508. Дои:10.1149/1.2427397.
  3. ^ Роббинс, Гарри; Шварц, Бертрам (февраль 1960) [1959-04-06]. «Химическое травление кремния. Часть II. Система HF, HNO.3, H2O и HC2ЧАС3О2". Журнал Электрохимического общества. Электрохимическое общество (ECS). 107 (2): 108–111. Дои:10.1149/1.2427617.
  4. ^ 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. Дои:10.1149/1.2428090.
  5. ^ Сиртл, Эрхард; Адлер, Аннемари (август 1961 г.). "Chromsäure-Flussäure als Spezifisches System zur Ätzgrubenentwicklung auf Silizium". Zeitschrift für Metallkunde (ZfM) (на немецком). 52 (8): 529–534. NAID  10011334657.
  6. ^ Секко д'Арагона, Ф. (июль 1972 г.) [1971-12-20, 1972-03-03]. «Дислокационное травление для (100) плоскостей в кремнии». Журнал Электрохимического общества. Электрохимическое общество (ECS). 119 (7): 948–951. Дои:10.1149/1.2404374.
  7. ^ 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 Rings OSF» (PDF). Производство полупроводников: 144–151. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-03. Получено 2019-04-06.
  8. ^ а б "Глава 6". Травление дефектов в кремнии. 2002. В архиве из оригинала на 2019-04-06. Получено 2019-04-06.