Wright aşındırma - Wright etch
Wright, aşındırma (aynı zamanda Wright-Jenkins aşındırma ) <100> 'de kusurları ortaya çıkarılması için tercih edilen bir aşındırma - ve <111> Odaklı, p ve n-tipi silikon transistörler, mikro işlemciler, anılar ve diğer bileşenlerinin yapımında kullanılmaktadır gofret. Bu tür kusurların ortaya çıkarılması, tanımlanması ve giderilmesi, Moore Yasası tarafından öngörülen yol boyunca ilerleme için esastır . Çalışırken 1976 yılında Margaret Wright Jenkins (1936-2018) tarafından geliştirilen araştırma ve geliştirme de Motorola Inc. Phoenix, AZ. 1977'de yayınlandı. Bu aşındırıcı , minimum yüzey pürüzlülüğü veya yabancı çukurlaşma ile açıkça tanımlanmış oksidasyon kaynaklı istifleme hatalarını, çıkıkları, girdapları ve çizgileri ortaya çıkarır . Bu kusurlar, bitmiş yarı iletken cihazlarda ( transistörler gibi ) izole bağlantılara düşmeleri durumunda kısa devrelerin ve akım sızıntısının bilinen nedenleridir . Oda sıcaklığında nispeten düşük bir aşındırma hızı (~1 mikrometre/dakika), aşındırma kontrolü sağlar. Bu aşındırıcının uzun raf ömrü, çözeltinin büyük miktarlarda saklanmasına olanak tanır.
aşındırma formülü
Wright gravürün bileşimi aşağıdaki gibidir:
- 60 ml konsantre HF ( hidroflorik asit )
- 30 ml konsantre HNO 3 ( nitrik asit )
- 30 ml 5 mol CrO 3 ( 2 ml su başına 1 gram krom trioksit karıştırın ; krom trioksitin moleküler ağırlığı neredeyse tam olarak 100 olduğu için sayılar şüpheli bir şekilde yuvarlaktır ).
- 2 gram Cu(NO 3 ) 2 . 3H 2 O ( Bakır II Nitrat Trihidrat )
- 60 mi CH konsantre 3 COOH ( asetik asit )
- 60 ml H 2 O ( deiyonize su )
Çözeltinin karıştırılmasında en iyi sonuç, önce bakır nitratın verilen miktarda su içinde çözülmesiyle elde edilir; aksi halde karıştırma sırası kritik değildir.
Etch mekanizması
Wright aşındırma, silikon yüzeylerde yaygın olarak görülen kusurların iyi tanımlanmış dağlama şekillerini tutarlı bir şekilde üretir. Bu özellik, formülde seçilen kimyasalların etkileşimlerine atfedilir . Robbins ve Schwartz, HNO bir HF kullanılarak detaylı bir şekilde silikon kimyasal aşındırma tarif 3 ve H 2 O sistemi; ve bir HF, HNO 3 H 2 O ve CH 3 COOH (asetik asit) sistemi. Kısaca, silikonun dağlanması iki aşamalı bir işlemdir. İlk olarak, silikonun üst yüzeyi, uygun bir oksitleyici ajan(lar) tarafından çözünür bir okside dönüştürülür . Daha sonra ortaya çıkan oksit tabakası, uygun bir çözücü , genellikle HF içinde çözülerek yüzeyden uzaklaştırılır . Bu, aşındırma döngüsü sırasında sürekli bir süreçtir. Bir kristal kusurunu betimlemek için, kusur alanı çevreleyen alandan daha yavaş veya daha hızlı bir oranda oksitlenmeli ve böylece tercihli dağlama işlemi sırasında bir tümsek veya çukur oluşturulmalıdır.
Mevcut sistemde silikon, HNO 3 , CrO 3 çözeltisi (bu durumda pH düşük olduğundan Cr 2 O 7 2− dikromat iyonu içerir - kromik asitteki faz diyagramına bakın ) ve Cu (NO) ile oksitlenir. 3 ) 2 . Güçlü bir oksitleyici ajan olan dikromat iyonu, başlıca oksitleyici ajan olarak kabul edilir . HNO oranı 3 CRO'ya 3 formülde belirtilen çözelti üstün bir kazınmış yüzey üretir. Diğer oranlar daha az arzu edilen bitişler üretir. Az miktarda Cu (NO 3 ) 2 ilavesiyle kusurun tanımı iyileştirildi. Bu nedenle, Cu (NO 3 ) 2'nin kusur bölgesinde lokalize diferansiyel oksidasyon hızını etkilediğine inanılmaktadır . Asetik asidin eklenmesi, kazınmış silikonun arka plan yüzeyine pürüzsüz bir yüzey kazandırdı. Bu etkinin, dağlama sırasında kabarcık oluşumunu önleyen asetik asidin ıslatma etkisine atfedildiği teoridir.
Kusurları göstermek için tüm deneysel tercihli aşındırma, temizlenmiş ve oksitlenmiş gofretler üzerinde yapıldı. Tüm oksidasyonlar 1200 °C'de buharda 75 dakika süreyle gerçekleştirildi. Şekil 1 (a), 30 dakika sonra Wright aşındırma işleminden sonra <100>-yönelimli gofretlerde oksidasyon kaynaklı istifleme hatalarını gösterir, (b) ve (c) 20 dakika sonra sırasıyla <100>- ve <111>-yönelimli gofretlerde dislokasyon çukurlarını gösterir Wright aşındırma.
Şekil 1 (a), 30 dakika Wright etch'ten sonra <100> yönelimli, 7-10 Ω-cm, bor katkılı bir gofret üzerinde oksidasyona bağlı istifleme hatalarını gösterir (bu şekildeki A oku, kesişen hataların şeklini gösterir). yüzey, B ise toplu faylara işaret ediyor). Şekil 1 (b) ve (c), 20 dakika Wright etch sonrasında sırasıyla <100>- ve <111>-yönlü gofretler üzerindeki dislokasyon çukurlarını göstermektedir.
Özet
Bu aşındırma işlemi, önceden işlenmiş cilalı silikon gofretlerin bütünlüğünü belirlemek veya gofret işleme sırasında herhangi bir noktada meydana gelebilecek kusurları ortaya çıkarmak için hızlı ve güvenilir bir yöntemdir . Sirtl ve Secco gravürleri ile karşılaştırıldığında Wright gravürünün istifleme hatalarını ve dislokasyon dağlama figürlerini ortaya çıkarmada daha üstün olduğu gösterilmiştir .
Bu aşındırma, çeşitli gofret işleme aşamalarında elektrikli cihazların arıza analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna karşılık, Wright aşındırma genellikle silikon kristallerindeki kusurları ortaya çıkarmak için tercih edilen aşındırıcıydı.
Şekil 2, sırasıyla Wright etch, Secco ve Sirtl etch'den sonra <100> yönelimli gofretler üzerinde oksidasyon kaynaklı istifleme hatası tanımlamasının bir karşılaştırmasını göstermektedir.
Şekil 3, Wright etch, Secco ve Sirtl etch'den sonra <100> yönelimli gofretler üzerindeki çıkık çukurlarının tanımlanmasının bir karşılaştırmasını göstermektedir. Son şekil 4, sırasıyla Wright etch, Secco ve Sirtl etch ile dağlamadan sonra <111>-yönlü bir gofret üzerinde ortaya çıkan çıkık çukurlarının bir karşılaştırmasını göstermektedir.
Şekil 3, oksidasyon ve tercihli dağlamadan sonra <100>-yönelimli, 10-20 Ω-cm, bor katkılı bir gofret üzerindeki çıkık tanımlamasının bir karşılaştırmasını gösterir. (a) 20 dakika Wright dağlama, (b) 10 dakika Secco dağlama ve (c) 6 dakika Sirtl dağlama.
Şekil 4, oksidasyon ve tercihli dağlamadan sonra <111>-yönelimli, 10-20 Ω-cm, bor katkılı bir gofret üzerindeki çıkık tanımlamasının bir karşılaştırmasını gösterir. (a) 10 dakika Wright dağlama, (b) 10 dakika Secco dağlama ve (c) 3 dakika Sirtl dağlama işleminden sonra. Oklar kayma yönünü gösterir.