Рідкісне хімічне травлення
"Рідинне хімічне травлення"
1.1. Термодинаміка травлення. 5
1.2. Загальні засади кінетики травлення. 8
1.3. Феноменологічний механізм травлення. 9
2. Рідкісне травлення. 11
2.1. Травлення SiO2. 11
2.2. Травлення кремнію. 14
2.3. Травлення багатошарових структур. 19
2.4. Травлення алюмінію. 20
2.5. Травлювачі для алюмінію. 21
2.6. Електрохімічне травлення. 23
3. Практичні аспекти хімічного рідинного 23
3.1. Інші характеристики травлення. 24
4. Висновок. 25
5. Список літератури. 26
Травлення використовується для селективної (хімічної) промальовування дифузійних масок, формування ізолюючих або провідних областей, в процесі якого речовина в області, що піддається травленню, хімічно перетворюється на розчинне або летюче з'єднання. У літографії травлення застосовується в основному для формування дифузійних масок у шарі термічно окисленого кремнію або видалення матеріалу через вікна в діелектриці при виготовленні металевих контактів. Металева розводка формується шляхом селективного видалення проміжків (звернення зображення); Фотошаблони також виготовляються травленням металевих плівок. Завдання інженера-технолога полягає в тому, щоб забезпечити перенесення зображення з резистної маски до підкладки з мінімальним відхиленням розміру (Е) та допуском (±Т) (див. рис. 1). З малюнка видно, що сумарна зміна розміру при літографії Е обумовлена перекручуванням зображення в резистній масці (±0.1 мкм), доглядом розміру в резисті (±0.5 мкм) і відходом остаточного розміру в процесі травлення ±1.0 мкм з допуском ±1.0 мкм.
Мал. 1. Зміна розмірів під час перенесення зображення
з резиста у підкладку за допомогою ізотропного травлення.
Залежно від кристалічності плівки та цілісності резиста (відсутність відшарування при рідинному та ерозії при плазмовому травленні) догляд розміру може досягати товщини плівки D і навіть перевищувати її. Ізотропне рідинне травлення, для якого характерне велике бічне підтравлювання (L), довелося замінити газофазним анізотропним травленням, для якого D/L>1 (рис. 2).
Ізотропне травлення відбувається невпорядковано, з однаковою швидкістю за всіма просторовими напрямками - L і D. Анізотропне травлення проявляється при деяких відхиленнях від ізотропного процесу. Бажано, щоб глибина травлення (D) була набагато більшою за величину бічного підтравлення (L). Оскільки травлення у вертикальному напрямку при досягненні глибини D припиняється, перетравлення визначається лише швидкістю видалення матеріалу у бічному напрямку. Ступінь анізотропії можна визначити як відношення L/D, та її величина залежить від багатьох фізичних параметрів. Рідинне травлення визначається в основному статичними характеристиками типу адгезії та ступеня задубленості резиста, складу травника тощо. При сухому травленні ступінь анізотропії багато в чому залежить від динамічних параметрів, як потужність розряду, тиск і швидкість ерозії резиста. Величина бічного підтравлювання у разі рідинного травлення залежить від попередніх стадій обробки – підготовки поверхні та термозадублювання.
Мал. 2. Анізотропне (ліворуч) та ізотропне (праворуч)
травлення. R-резист, S-полложка.
Використовуючи рідинне травлення або нещодавно розроблений і кращий метод плазмового сухого травлення, можна формуватирізні профілі у плівках. Рідкі травники дають ізотропні або скошені профілі. Скошений профіль краю найкраще підходить для подальшого нанесення порожнини металу поперек такої сходинки.
Ширина лінії в скомпенсованій масці М, мкм
Мал. 3. Зв'язок компенсації (зменшення розмірів вікон у масці),
необхідний при ізотропному та анізотропному (D/L>2) травленні.
Для компенсації підтраву при рідинному ізотропному травленні розміри елемента на фотошаблоні слід зменшувати. На рис. 3 показано компенсацію розміру вікон у шаблоні для різних ступенів анізотропії травлення. Для звичайного ізотропного травлення D/L дорівнює 1 (без руйнування резиста та при добрій адгезії). Для того щоб ширина смуги дорівнювала wе , розмір перенесеного в резист зображення wr повинен бути меншим на подвійну величину бічного підтраву (L):
Мал. 4. Порівняння рідинного (W) та плазмового (Р) травлення. В обох випадках травлення проводиться через маску Si3 N4 завтовшки 0.25 мкм.
для отримання 1-мкм лінії при помірно анізотропному травленні (D/L=3) зображення в резисті слід робити на 0.2 мкм менше 1 мкм, а ширина елемента на шаблоні (М) повинна бути збільшена приблизно на 0.05-0.1 мкм для компенсації догляду розміру для формування резистної маски. Якщо D/L=10, то смуга шириною 1 мкм може бути підтравлена через резистне вікно шириною 0.7 мкм. різниця в характеристиках компенсації розміру зображення у резисті для сухого та рідинного травлення Si3 N4 ясно видно на рис. 4.
З точки зору хімії процес травлення можна подати схемою
при цьому до твердої фази відносять кремній, його оксиди та нітриди та багато металів. Для міжз'єднань всередині кристала зазвичай застосовують Al та його сплави з Si та Cu, причому основнимматеріалом першого рівня металізації є Al (табл. 1). Шари оксидів кремнію можна вирощувати термічно, наносити хімічним способом або розпорошенням, можна також легувати їх фосфором або бором. Метали використовуються у вигляді чистих або пасивованих плівок, сплавів, багатошарових структур та інтерметалідів. Оскільки кремній існує у вигляді монокристалічних або полікристалічних плівок, його структура, як і структура інших кристалічних матеріалів, має ближній і далекий порядок. Оскільки травлення переводить упорядковані структури в невпорядковані, термодинамічні міркування щодо поведінки вільної енергії DF системи повинні враховувати зміни як ентропії +DS, так і ентальпії DН (теплоти розчинення або випаровування)
Наприклад, реакція травлення аморфного оксиду кремнію є ендотермічною, DН=+11 ккал/моль:
Таблиця 1. Матеріали напівпровідникової електроніки.
| Провідники | Ag, Al, Au, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Pt, Ta, Ti, W |
| Напівпровідники | Si, Ge, GaAs |
| Діелектрики | SiO2, Si3 N4, резист, поліімід |
Подолання короткодіючих сил у твердому амфорному тілі супроводжується зростанням ентропії. Невеликі дефекти, такі як напруга, деформація, домішкові рівні, також впливають на швидкість травлення. У кристалічному кремнії швидкість травлення площин з малими індексами Міллера визначається кількістю вільних зв'язків та кристалографічної орієнтацією (табл. 2).
Таблиця 2. Вплив орієнтації на травлення кремнію.
| Кристалографічна площина | Відносна кількість вільних зв'язків | Відносна швидкість травлення |
