Травление Райта (также травление Райта-Дженкинса ) является предпочтительным травлением для выявления дефектов в кремниевых пластинах p- и n-типа с ориентацией <100> и <111>, используемых для изготовления транзисторов, микропроцессоров, запоминающих устройств и других компонентов. Выявление, идентификация и устранение таких дефектов имеет важное значение для прогресса на пути, предсказанном законом Мура . Он был разработан Маргарет Райт Дженкинс (1936-2018) в 1976 году во время работы в отделе исследований и разработок в Motorola Inc. в Фениксе, штат Аризона. Он был опубликован в 1977 году. [1] Этот травитель выявляет четко определенные дефекты упаковки, вызванные окислением , дислокации, завихрения и полосы с минимальной шероховатостью поверхности или посторонними питтингами. Эти дефекты являются известными причинами коротких замыканий и утечки тока в готовых полупроводниковых приборах (таких как транзисторы ), если они попадают на изолированные переходы. 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]
Состав травления Райта следующий:
При смешивании раствора наилучшие результаты достигаются при предварительном растворении нитрата меди в заданном количестве воды; в противном случае порядок смешивания не имеет значения.
Травление Райта последовательно производит четко определенные фигуры травления распространенных дефектов на кремниевых поверхностях. Этот эффект приписывается взаимодействиям выбранных химических веществ в формуле. Роббинс и Шварц [2] [3] [4] подробно описали химическое травление кремния с использованием системы HF, HNO 3 и H 2 O; и системы HF, HNO 3 , H 2 O и CH 3 COOH (уксусная кислота). Вкратце, травление кремния представляет собой двухэтапный процесс. Сначала верхняя поверхность кремния преобразуется в растворимый оксид подходящим окислителем(ями). Затем полученный слой оксида удаляется с поверхности путем растворения в подходящем растворителе , обычно HF. Это непрерывный процесс во время цикла травления. Чтобы очертить дефект кристалла, область дефекта должна окисляться с более медленной или более быстрой скоростью, чем окружающая область, тем самым образуя холмик или ямку во время процесса предпочтительного травления.
В настоящей системе кремний окисляется раствором HNO 3 , CrO 3 (который в данном случае содержит ион дихромата Cr 2 O 7 2− , поскольку pH низкий - см. фазовую диаграмму в хромовой кислоте ) и Cu (NO 3 ) 2 . Ион дихромата, сильный окислитель, считается основным окислителем . Соотношение раствора HNO 3 к CrO 3 , указанное в формуле, обеспечивает превосходную протравленную поверхность. Другие соотношения обеспечивают менее желательные результаты. При добавлении небольшого количества Cu (NO 3 ) 2 определение дефекта было улучшено. Поэтому считается, что Cu (NO 3 ) 2 влияет на локализованную дифференциальную скорость окисления в месте дефекта. Добавление уксусной кислоты придало фоновой поверхности протравленного кремния гладкую отделку. Предполагается, что этот эффект обусловлен смачивающим действием уксусной кислоты, которое предотвращает образование пузырьков во время травления.
Все экспериментальные предпочтительные травления для выявления дефектов проводились на очищенных и окисленных пластинах. Все окисления проводились при температуре 1200 °C в паре в течение 75 минут. Рисунок 1 (a) показывает дефекты упаковки, вызванные окислением, в пластинах с ориентацией <100> после 30 минут травления Райта, (b) и (c) показывают дислокационные ямки на пластинах с ориентацией <100> и <111> соответственно после 20 минут травления Райта. [1]
Рисунок 1 (a) показывает дефекты упаковки, вызванные окислением, на пластине с ориентацией <100>, 7-10 Ом-см, легированной бором, после 30 минут травления Райта (стрелка A на этом рисунке указывает на форму дефектов, пересекающих поверхность, а стрелка B указывает на объемные дефекты). Рисунок 1 (b) и (c) показывает дислокационные ямки на пластинах с ориентацией <100> и <111> соответственно после 20 минут травления Райта. [1]
Этот процесс травления является быстрым и надежным методом определения целостности предварительно обработанных полированных кремниевых пластин или выявления дефектов, которые могут быть вызваны в любой момент во время обработки пластины. Было показано, что травление Райта превосходит по выявлению дефектов упаковки и дислокационных фигур травления по сравнению с теми, которые были выявлены травлением Сиртла [5] и Секко. [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 кремниевых кристаллах. [7] [8]
На рисунке 2 показано сравнение дефектов упаковки, вызванных окислением, на пластинах с ориентацией <100> после травления по методу Райта, Секко и Сиртла соответственно. [1]
На рисунке 3 показано сравнение дислокационных ямок на пластинах с ориентацией <100> после травления Райтом, Секко и Сиртлом. На последнем рисунке 4 показано сравнение дислокационных ямок, выявленных на пластине с ориентацией <111> после травления с помощью травления Райтом, Секко и Сиртлом соответственно. [1]
На рисунке 3 показано сравнение очертания дислокаций на пластине с ориентацией <100>, сопротивлением 10-20 Ом·см, легированной бором, после окисления и избирательного травления. (a) После 20 минут травления по Райту, (b) После 10 минут травления по Секко и (c) После 6 минут травления по Сиртлу. [1]
На рисунке 4 показано сравнение дислокационного очертания на <111>-ориентированной, 10-20 Ом-см, легированной бором пластине после окисления и избирательного травления. (a) После 10 минут травления Райта, (b) 10 минут травления Секко и (c) 3 минуты травления Сиртла. Стрелки указывают направление скольжения. [1]