ライトエッチング

ライトエッチング（ライト・ジェンキンスエッチングとも呼ばれる）は、トランジスタ、マイクロプロセッサ、メモリ、その他のコンポーネントの製造に使用される、 <100>および<111>配向のp型およびn型シリコンウェハーの欠陥を明らかにするための選択エッチングである。このような欠陥を明らかにし、特定し、修正することは、ムーアの法則で予測された経路に沿った進歩に不可欠である。これは、アリゾナ州フェニックスのモトローラ社で研究開発に携わっていたマーガレット・ライト・ジェンキンス（1936-2018）によって1976年に開発され、1977年に発表された。^[1]このエッチング液は、表面粗さや無関係なピットを最小限に抑えながら、明確に定義された酸化誘起積層欠陥、転位、渦巻き、および縞模様を明らかにします。これらの欠陥は、分離された接合部を通過すると、完成した半導体デバイス（トランジスタなど）のショートや電流リークの原因として知られています。室温でのエッチング速度が比較的低い（1分あたり約1マイクロメートル）ため、エッチングを制御できます。このエッチング液は保存期間が長いため、溶液を大量に保管できます。^[1]

ライトエッチングの構成は次のとおりです。

• 濃HF（フッ化水素酸）60ml

• _濃硝酸30 ml​​

• _{5 モル CrO 3} 30 ml (水 2 ml あたり三酸化クロム1 グラムを混合します。三酸化クロムの分子量はほぼ 100 なので、数字は疑わしいほど丸められています)。

• 2グラム Cu(NO ₃ ) ₂ . 3H ₂ O (硝酸銅II三水和物)

• 60 ml 濃CH ₃ COOH（酢酸）

• 60 ml H ₂ O (脱イオン水)

溶液を混合する際、最初に硝酸銅を所定量の水に溶解すると最良の結果が得られます。それ以外の場合、混合の順序は重要ではありません。

ライトエッチングは、シリコン表面の一般的な欠陥のエッチング像を一貫して明確に生成します。この効果は、配合中の選択された化学物質の相互作用によるものです。ロビンズとシュワルツ^{[2] [3] [4]は}、HF、HNO ₃、H ₂ Oシステム、およびHF、HNO ₃、H ₂ O、CH ₃ COOH（酢酸）システムを使用したシリコンの化学エッチングを詳細に説明しました。簡単に言えば、シリコンのエッチングは2段階のプロセスです。最初に、シリコンの上面を適切な酸化剤によって可溶性酸化物に変換します。次に、結果として生じた酸化物層を適切な溶媒（通常はHF ）に溶解して表面から除去します。これは、エッチングサイクル中、連続的なプロセスです。結晶欠陥を区別するには、欠陥領域を周囲よりも遅いまたは速い速度で酸化し、それによって優先エッチングプロセス中にマウンドまたはピットを形成する必要があります。

本システムでは、シリコンは HNO ₃、 CrO ₃溶液（この場合pH が低いためCr ₂ O ₇ ^{2− 二クロム酸イオンを含む -}クロム酸の状態図を参照）、および Cu (NO ₃ ) _{2で酸化されます。強力な酸化剤である二クロム酸イオンが主要な}酸化剤であると考えられます。式に示されている HNO ₃と CrO ₃溶液の比率により、優れたエッチング表面が生成されます。他の比率では、仕上がりがあまり良くありません。少量の Cu (NO ₃ ) _{2を添加すると、欠陥の定義が向上しました。したがって、Cu (NO 3} ) _{2 は}欠陥部位の局所的な差動酸化速度に影響を与えると考えられます。酢酸を添加すると、エッチングされたシリコンの背景表面が滑らかに仕上がりました。この効果は、エッチング中に泡が形成されるのを防ぐ酢酸の湿潤作用によるものだと考えられています。

欠陥を観察するためのすべての実験的優先エッチングは、洗浄および酸化されたウェーハに対して実施されました。すべての酸化は、蒸気中 1200 °C で 75 分間実施されました。図 1 (a) は、30 分間のライトエッチング後の <100> 配向ウェーハにおける酸化誘起積層欠陥を示し、(b) および (c) は、20 分間のライトエッチング後のそれぞれ <100> 配向ウェーハおよび <111> 配向ウェーハにおける転位ピットを示しています。^[1]

図 1 (a) は、30 分間のライトエッチング後の <100> 配向、7-10 Ω-cm、ボロンドープウェーハ上の酸化誘起積層欠陥を示しています (この図の A 矢印は表面を横切る欠陥の形状を示し、B はバルク欠陥を示しています)。図 1 (b) と (c) は、それぞれ 20 分間のライトエッチング後の <100> 配向ウェーハと <111> 配向ウェーハ上の転位ピットを示しています。^[1]

このエッチングプロセスは、前処理された研磨シリコンウェーハの完全性を判定したり、ウェーハ処理中のどの時点でも誘発される可能性のある欠陥を明らかにしたりするための迅速かつ信頼性の高い方法です。ライトエッチングは、サートル^[5]やセッコエッチングで明らかにされたものと比較して、積層欠陥や転位エッチング像を明らかにするのに優れていることが実証されています。^[6]

このエッチングは、さまざまなウェーハ処理段階での電気デバイスの故障解析に広く使用されています。^{[7] [8]}比較すると、ライトエッチングはシリコン結晶の欠陥を明らかにするためによく使用されるエッチング剤でした。^{[7] [8]}

図2は、ライトエッチング、セコエッチング、サートルエッチング後の<100>配向ウェーハ上の酸化誘起積層欠陥の描写の比較を示しています。^[1]

図3は、ライトエッチング、セッコエッチング、サートルエッチング後の<100>配向ウェーハ上の転位ピットの描写の比較を示しています。最後の図4は、ライトエッチング、セッコエッチング、サートルエッチングのそれぞれでエッチングした後の<111>配向ウェーハ上に現れた転位ピットの比較を示しています。^[1]

図3は、酸化と優先エッチング後の<100>配向、10-20Ω-cm、ボロンドープウェーハ上の転位の描写の比較を示しています。(a) 20分間のライトエッチング後、(b) 10分間のセコエッチング後、(c) 6分間のサートルエッチング後。^[1]

図4は、酸化と優先エッチング後の<111>配向、10-20Ω-cm、ボロンドープウェーハ上の転位の描写の比較を示しています。(a) 10分間のライトエッチング後、(b) 10分間のセコエッチング後、(c) 3分間のサートルエッチング後。矢印は滑り方向を示しています。^[1]