Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 671-676 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002207067100

Microstructure effect on the HNO3-HF etching of LPCVD boron-doped polycrystalline silicon

F. Mansour-Bahloul, D. Bielle-Daspet et A. Peyrelavigne

L.A.A.S. du C.N.R.S., 7, avenue C.-Roche, 31077 Toulouse, France

Abstract
The etching rate of the 50 HNO3 (70 %)-1 HF (49 %) undiluted solution was studied, for various conditions of etching-bath temperature (0 to 45 °C) and agitation, for three series of LPCVD Si layers w ~ 0.6 μm thick, deposited on oxidized Si wafers at 570 or 620 °C, and with in situ boron doping at 1020 or 1017 cm-3. The results were compared with the changes in the layer microstructure with layer series and depth Z obtained from TEM observations, RHEED patterns, Raman spectrometry and UV Reflectrometry. They evidence that the changes in the etching rate of polycrystalline Si films with film depth and deposition conditions are due to the changes in the rate-controlling-step of the etching process (from mass-transfer to surface-reaction) because of the enhanced contribution of the surface-reaction of oxidation at the Si grain boundaries.

Résumé
Le taux d'attaque par la solution 50 HNO3 (70%)-1 HF (49 %) non diluée est étudié, sous différentes conditions de température (0 à 45 °C) et d'agitation de la solution, pour trois séries de couches de Si LPCVD d'épaisseur w ~ 0,6 μm, déposées à 570 ou 620 °C sur des substrats préalablement oxydés, et dopées in situ à 1020 ou 1017 cm-3. Les résultats sont comparés aux variations de microstructure obtenues, en fonction de la profondeur et de la série des dépôts, à l'aide de caractérisations par TEM, RHEED, spectrométrie Raman et Réflectrométrie UV. L'étude montre que les variations du taux d'attaque des films de Si polycristallin dopés bore, suivant leur profondeur ou leurs conditions de dépôt, sont dues au changement (du transfert-de-masse pour la réaction-de-surface) de l'étape qui contrôle la vitesse du processus chimique, ceci par suite de la contribution accrue de la réaction d'oxydation de surface se produisant au niveau des joints de grains.

PACS
6480G - Microstructure.
6820 - Solid surface structure.
7830 - Infrared and Raman spectra and scattering condensed matter.
7840F - Visible and ultraviolet spectra of tetrahedrally bonded nonmetals.
8160C - Surface treatment and degradation in semiconductor technology.
8265J - Heterogeneous catalysis at surfaces and other surface reactions.
2520C - Elemental semiconductors.
2550E - Surface treatment semiconductor technology.

Key words
boron -- crystal microstructure -- elemental semiconductors -- etching -- Raman spectra of inorganic solids -- reflection high energy electron diffraction -- silicon -- surface chemistry -- surface structure -- transmission electron microscope examination of materials -- visible and ultraviolet spectra of inorganic solids -- semiconductor -- HNO sub 3 HF etching -- LPCVD -- polycrystalline -- etching rate -- etching bath temperature -- agitation -- Si layers -- oxidized Si wafers -- layer microstructure -- TEM observations -- RHEED patterns -- Raman spectrometry -- UV Reflectrometry -- rate controlling step -- mass transfer -- surface reaction -- oxidation -- Si grain boundaries -- 0 to 45 degC -- 570 degC -- 620 degC -- Si:B -- HNO sub 3 HF