Химия металлов (Ме) и металлических плёнок

Получение деионизованной воды

Травление полупроводников.

Процесс травления п/п состоит в растворении его поверхности при взаимодействии с соответствующими химическими реактивами (кислотами, щелочами, их смесями и солями. Существуют 2 теории самоотравления п/п в травителях: химическая и электрохимическая. Химическая - растворение п/п происходит в 2 стадии: окисление приповерхностного слоя и растворение окисла (многократно повторяется). К травителю - сильному окислителю и растворителю могут добавляться ингибиторы (замедлители реакций) и катализаторы. Электрохимическая - взаимодействие между п/п и травителем обусловлено тем, что на поверхности п/п существуют анодные и катодные микроучастки, между которыми возникают локальные токи. На анодных участках п/п переходит в раствор, на катодных - происходит восстановление окислителя. Травление Si - максимальная скорость травления соответствует соотношению HNO₃: HF = 1: 4,5 (доли молярные). Итоговая (суммарная) реакция травления: 3Si + 4HNO₃ + 18 HF → → 3H₂SiF₆ + 4NO + 8 H₂O + 3(4-n)e⁺ + 3(4-n)e^-. Травление Ge - максимальная скорость травления соответствует соотношению H₂O₂: HF: H₂O = = 1:1: 4 по реакции Ge + 2H₂O₂ + 6HF ↔ H₂GeF₆ + 4H₂O. Травители с бихроматом натрия (Na₂Cr₂O₇) для p-n-переходов - получается хорошая полированная поверхность. Травление пластин и кристаллов п/п проводят в сосудах из фторопласта (экзотермическая реакция - поэтому раствор охлаждают). Широко применяется химико-динамическое травление - активное перемешивание травителя непосредственно у поверхности обрабатываемой пластины. Промывка пластин и кристаллов после травления проводится в деионизованной воде (для удаления следов травителя), качество промывки оценивают по удельному сопротивлению воды (исходное = конечному = 10÷20МОм∙см). Сушка после промывки - в термостате при180÷150^оС с применением инфракрасных ламп.

Деионизованная вода (ДВ) используется для составления травителей, электролитов и отмывке п/п пластин и кристаллов. Имеется 2 марки ДВ: марка А - ρ = 0,2МОм∙см, марка Б - ρ = 0,1 МОм∙см (предварительная очистка дистилляцией). Для получения ДВ используются ионообменные смолы: катиониты, связывающие катионы (Fe²⁺, Ca²⁺, Na⁺) и аниониты, связывающие анионы (NO₂^-, Cl^-, SO₄^- и др.), соответственно, условные обозначения R-H и R-OH, где R - органический радикал.

Сначала Н₂О поступает в колонку с катионитовой смолой: (R-H)+ + M⁺ → (R-M) + H⁺, затем в колонку с анионитовой смолой: 2(R-OH) + + И^2- → (R₂ - И) + 2ОН^-, где И^2- - отрицательно заряженный ион. В результате соединения Н⁺ и ОН^- образуется ДВ.

Осаждение гальванических покрытий, в основе которого лежит реакция катодного восстановления, в основном применяется для создания омических контактов и нанесения электродов. Создание контакта Ме-п/п (невыпрямляющий контакт) осуществляется методом химического никелирования - каталитического восстановления Ni из раствора его соли на пластине п/п (среда щелочная рН = 7÷8), при этом происходят следующие реакции: 1) Ni²⁺ + Me → Ni⁺ + Me⁺ (электрон от Ме-катализатора перешел на Ni); 2) 2Ni → Ni + Ni²⁺ (диспропорционирование); 3) OH^- + Me⁺ → OH + + Me (возвращение электрона к Ме-катализатору ионом гидроксила); 4) H₂PO₂^- + + 2OH → H₂PO₃^- + H₂O (радикал ОН восстанавливается гипофосфитом). Суммарная реакция: Ni²⁺ + H₂PO₂^- + 2OH^- → Ni + H₂PO₃^- + + H₂O.

Улучшение адгезии Ni и уменьшение сопротивления контакта после осаждения Ni ведётся термообработкой в вакууме 5∙10^-8÷1∙10^-7Па в течение 15÷20 минут при 500÷700^оС для Si, скорость охлаждения (во избежания механических напряжений) - 10град/мин. Затем проводится вторичное никелирование, затем нанесение золотого покрытия для присоединения электрического вывода методом пайки или термокомпрессии. Преимущества Au-покрытия: кислотостойкость, большая электро- и теплопроводность, простота пайки. Au-покрытие получается гальваническим золочением в цианистых или железистосинеродистых электролитах.

Создание балочных электродных выводов на диодных структурах на исходной Si пластине с защитным слоем SiO₂ включает следующие операции: 1) создание p⁺-анодных и n⁺-катодных областей; 2) с помощью фотолитографии вытравливание в слое SiO₂ отверстий для для создания омических контактов; 3) методом термического напыления создание омических контактов; 4) напыление двухслойного Ме-покрытия (слоя, осуществляющего сцепление, и токопроводящего слоя для гальванического покрытия); 5) защита маской фоторезиста; 6) осаждение Au-Выводов (гальваническим путём); 7) фоторезист и биметаллическое покрытие удаляют катодным распылением.

Создание омических контактов (ОК) соединений A^III B^V- наиболее распространены ОК на основе Au, создаваемые методом термического распыления в вакууме: к слоям n-типа проводимости применяются сплавы Au + 5÷25% Ge, Au + 4÷10% Si; к слоям p-типа проводимости – сплав Au + + 1÷25% Zn. Сплавы Au-Ge и Au-Si – основные для соединений GaAs, GaAsP, GaP, и GaInP, напыление проводится при 200-300^оС, затем проводят вжигание при оптимальной для соединения температуре. Поверх сплава наносят Ni (иногда Ni вводят в сплав – до 5%). Омический контакт проводят после отжига: Ga_0,6Al_0,4As - при 350^оС, GaAl_0,6P_0,4 - 400^oC, GaP – - 500^oC. Сплавы Au-Zn – хороший контакт без вжигания только для GaP. Для GaAl и InP с n-типа проводимостью применяются сплавы Ag-Ge-In и Ag-Ge-Ni (8:1:1), вжигание при 580^оС (1 минута). Для GaAsP и GaAlAs с р-типа проводимостью применяется контакт из Al (1÷2мкм), для второго соединения применяется отжиг при 500^оС. Реже для последних соединений применяются сплавы Ag-Sn (1:2, 1:4), вжигание при 440÷450^оС, 8÷10 минут.

Дата добавления: 2014-01-06