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Dissolution of silicon and junction delineation in silicon by the CrO3-HF-H2O system

1965; Elsevier BV; Volume: 10; Issue: 12 Linguagem: Alemão

10.1016/0013-4686(65)80017-2

1873-3859

T. L. Chu, J. R. Gavaler,

Semiconductor materials and devices

The dissolution of single crystal silicon by aqueous solutions of hydrofluoric acid and chromium (VI) oxide was studied as a function of the resistivity of silicon and the composition of the etchant. In the concentration range under study, the dissolution rate is dependent on the resistivity of the silicon. The dissolution process is controlled by the chemical reaction rather than by the diffusion of chemical species; the rate of the chemical reaction is limited by the supply of carriers at the silicon surface. When the etchant was 2 M in chromium (VI) oxide, the dissolution rate of silicon of a given resistivity is second order with respect to hydrogen fluoride, suggesting that the formation of bivalent silicon is probably the rate-determining step of the chemical reaction. An aqueous solution of hydrofluoric acid and chromium (VI) oxide can be used for delineating electrical junctions and revealing certain resistivity variations in silicon. A technique for this purpose is described and applied to multilayer silicon specimens. The relative etch rates of the various layers depend on resistivity somewhat differently from isolated specimens of similar resistivities, presumably Etude en fonction de la résistivité de Si et de la composition du bain de la vitesse de dissolution Si, en cristal unique, par des solutions aqueuses HF + CrO3. La résistivité de Si influe effectivement et le processus est contrôlé par la réaction chimique plutôt que la diffusion; la vitesse d'attaque est cependant limitée par l'apport à la surface de Si. Avec HF. 2 M (+CrO3), la réaction est du second ordre par rapport à HF, pour un Si de résistivité donnée, ce qui suggére que la formation de Si2+ est probablement l'étape régulatrice. Une solution aqueuse HF + CrO3 peut-être utilisée pour délimiter des jonctions électriques et révéler certaines variations de résistivité de Si; une technique est décrite pour cela et appliquée à des échantillons Si en multi-couches. Un effet galvanique paraît alors se manifester, les vitesses de dissolution des diverses couches dépendant un peu différamment de la résistivité que s'il s'agissait isolément de lames de résistivités analogues. Die Auflösung von einkristallinem Silizium durch wässerige, Chrom(VI)-Oxyd enthaltende Lösungen von Flussäure wurde in Funktion der elektrischen Leitfähigkeit des Siliziums und der Zusammensetzung der Aetz-Lösung untersucht. Im untersuchten Konzentrationsbereich ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen Lösungsgeschwindigkeit und Widerstand des Siliziums. Der Lösungsvorgang ist eher reaktions—als diffusions-kontrolliert; die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion wird durch den Zutransport von Ladungsträgern zur Siliziumoberfläche begrenzt. Für eine Konzentration von 2 M Chrom-VI-Oxyd in der Aetzlösung und für einen gegebenen Widerstand des Siliziums ist die Auflösungsgeschwindigkeit zweiter Ordnung in Bezug auf die Flussäurekonzentration. Dies weist auf die Möglichkeit hin, dass die Bildung von 2-wertigen Silizium der geschwindigkeitsbestimmende Schritt des Vorganges ist. Eine wässerige, Chrom(VI)-Oxyd enthaltende Flussäurelösung kann zur Sichtbarmachung von Übergangen und von gewissen Widerstandsänderungen in Silizium Verwendung finden. Eine hierzu geeignete Methode wird beschrieben und an mehrschichtigen Silizium-Proben praktisch angewendet. Die relativen Aetzgeschwindigkeiten det verschiedenen Schichten hängen in etwas anderer Weise vom Widerstand ab als bei isolierten Proben gleichen Widerstandes, sehr wahrscheinlich infolge von galvanischen Effekten.