Жидкостное химическое травление
авление эпитаксиального кремния.
Другой травитель для моно- и поликристаллического кремния состоит из
этилендиамина и пирокатехина и имеет энергию активации 8 ккал/моль:
2NH2(CH2)2NH2+Si+3((OH)2 (
( 2H2+Si((O2)3+2NH2(CH2)3NH3 (36)
При добавлении к реагентам 1000 ppm (1 ppm=1часть на миллион)
ароматического пиразина достигалось увеличение энергии активации до 11
ккал/моль и селективности травления плоскостей (100) и (111) с 10 до 20.
Травление кремния применяется также с диагностическими целями для выявления
точечных проколов SiO2. Кремний, легированный бором, травится медленнее
нелегированного кремния.
[pic]
Рис. 15. Зависимость угла травления поликремния ( от содержания воды в
травителе KOH/спирт/Н2О.
Эффективность сглаживания поверхности поликремния в смеси KOH и спирта
зависит от содержания воды в травителе. В безводных спиртах получаются
изотропные профили. Степень анизотропии определяется содержанием воды в
травители (рис. 15). Изотропные травители для кремния перечислены в табл.
6. Краткие сведения об анизотропных травителях для кремния приведены в
табл. 7.
Таблица 5. Изотропное и анизотропное травление кремния.
| | | |
|Травитель |Скорость травления, |Подтравливание |
| |мкм/мин |(мкм/сторону)1) |
| |PS |ES |BS |PS |ES |BS |
|Изотропный2) |3 |4 |4 |1.5d |1.5d |1.5d |
|Изотропный3) |0.8 |0.6 |0.5 |1.0d |1.0d |1.0d |
|Анизотропный4) |0.7 |0.9 |1.1 |(0.1-1.|<0.1d |<0.1d |
| | | | |0)d | | |
1) d- глубина травления. 2) HNO3 (65%)/HF(40%)/NaNO2=95/5 мл/г.
3) HNO3(65%)/H2O/HF(40%)=100/40/6мл. 4) KOH/H2O/n-пропанол=15г/50/15 мл.
Таблица 6. Изотропные травители для кремния.
| | |
|Травитель |Применение |
| | |
|HF, HNO3, CH3COOH |Все разновидности Si |
|HF, HNO3, CH3COOH |Низкоомный Si |
|HF, KMnO4, CH3COOH |Эпитаксиальный Si |
|HF, HNO3, H2O2+NH4OH |Удаление примесей Cu |
|HF, HNO3, CH3COOH |pnp - многослойные структуры |
|HF, HNO3 |pnp - многослойные структуры |
|NH4F, H2O2 |Минимальное подтравливание |
|HF, HNO3, I2 |Общее травление |
|HF, HNO3, CH3COOH |Подтравливание плоскости (100) |
|HNO3, HBF4, NH4BF4 |Маска из резиста AZ-1350 |
|NH4F, H2O2, NH4HPO4 |Скорости травления, Si/ФСС=2/1 |
|KOH+спирт |Поликристаллический Si |
Таблица 7. Анизотропные травители для кремния.
| | |
|Травитель |Применение |
| | |
|Этиледиамин, пирокатехин, H7O |100 |
|Этиледиамин, пирокатехин |SiO2, Si3N4, выявление точечных |
| |проколов |
|Гидразин, ИПС, H2O |100, Al-маска |
|КОН, sec-спирты |100 |
|КОН, этиленгликоль |Текструрирование элементов |
| |солнеч-ных батарей |
|Диамины, КОН, ИПС |Не разрушается Al |
|КОН, ИПС, H2O |100 |
|R3N+OH, ИПС, H2O |100 |
|R3N+OH, поверхностно-активное |H2 |
|ве-щество | |
|R3N+OH |Устранение Na+ из травителя |
|H3PO4+следы As2O3 |n-тип |
|CuF2, маска из резиста AZ-1350 |Электролитическое травление |
Травление многослойных структур.
Травление различных слоев многослойной структуры проводится в одном
травителе простого или сложного состава. Желательно пользоваться
однокомпонентным травителем. Основная проблема заключается в выборе
травителя, обеспечивающего одинаковую скорость травления всех слоев, что
предотвращает образование “елочного” профиля. Наиболее интенсивно изучалось
травление сандвича Si3N4/SiO2, равенство скоростей травления которого
требуется для получения окон с гладкими наклонными стенками. Пленки Si3N4
травятся лишь в HF или в кипящей H3PO4 при 180оС. В столь жестких условиях
ни один из органических резистов не выдерживает. Травление Si3N4 в HF
происходит по тому же закону, который определил Джадж для травления SiO2:
Cкорость травления=А(HF)+B(HF2-)+C (37)
Керн и Деккерт всесторонне рассмотрели травление Si3N4. В HF модно получить
равные, но небольшие - около 10 нм/мин - скорости травления Si3N4 и SiO2:
1) подбором температуры и 2) соотношения HF/HF2-. Скорость травления оксида
можно снизить до 10 нм/мин, разбавляя 10%-ную плавиковую кислоту. При
низкой концентрации HF растворение SiO2 лимитируется не скоростью реакции,
а диффузией (4 ккал/моль). Подбирая температуру смеси фосфорной или
фторборной кислот, можно довести скорости травления SiO2 и Si3N4 до 10
нм/мин. Фосфорная кислота, однако, разрушает нижележащие слои Si и Al, что
может быть уменьшено добавлением серной кислоты. Добавка диолефинов также
предотвращает разрушение нижележащего слоя Al.
[pic]
Рис.16. Травление сандвича Si3N4/SiO2: а-большая скорость травления SiO2; б-
изотропное травление с одинаковыми скоростями.
Более высокие, но равные скорости травления были получены за счет изменения
вязкости травителя при добавлении глицерина или других вязких спиртов (до
50% по массе), замещающих воду. Для смягчения действия HF добавляется также
NH4F. Типичные края профилей травления в Si3N4/SiO2 показаны на рис. 16.
В другом подходе, включающем в себя обратное травление, используется слой
вольфрама, нанесенный поверх
SiO2/ Si3N4 и прорисованный через резистную маску. Сначала подтравливается
слой оксида, затем удаляется W, и слой Si3N4 профилируется через оксидную
маску с требуемой топологией. Компромиссным составом для травления сандвича
резист / Si3N4/ боросиликатное стекло является смесь 70% H3PO4, 29%
глицерина и 1% HBF4 при температуре 103оС. При более высоких концентрациях
HBF4 наблюдается быстрая эрозия резистов KTFR и AZ-1350.
Травление алюминия.
Жидкостное травление металлов включает в себя многие электрохимические
процессы. Химическая реакция вызывает протекание тока, причем металл
является анодом
M ( Mn+ + ne. (38)
Большинство металлов покрыто естественным окислом. Для удаления этого
пассивирующего слоя добавляется вспомогательный травитель.
Известно большое число различных неорганических окислителей. Наиболее
простые содержат Н+. Основная задача химика-технолога заключается в выборе
подходящего окислителя, удовлетворяющего требованиям термодинамики:
(F = -nФ(Е, (39)
где (F - свободная энергия, (Е - разность потенциалов окисления и
восстановления (табл. 8).
Таблица 8. Металлы и окислители.
| | | | |
|Металл |Окислитель |Металл |Окислитель |
| | | | |
|Al |F2 |Sn |Br2 |
|Zn |H2O2 |Cu |HNO3 |
|Cr |MnO4- |Ag |Fe2+ |
|Ni |Cr2O72- |Au |I2 |
Жидкостное травление Al изотропно и сопровождается уходом края профиля
травления (рис. 1) на 1-2 мкм. Воспроизводимость размеров при травлении
партии пластин составляет (1 мкм. Структуры обычно перетравлены, так как
металлические пленки содержат дефекты - зерна, преципитаты, а также
подвержены напряжениям.
Металлы при контакте друг с другом изменяют свой электрохимический
потенциал [см. формулу (38)] (гальванический эффект), что ускоряет их
собственное травление и ведет к сильному подтравливанию нижележащего
металлического слоя. Например, слой Al в NaOH стравливается сам по себе за
7 мин. При контакте с Pt/Au его травление оканчивается через 1 мин.
Травители для алюминия.
Травление алюминия проводится в щелочной или кислотной среде. Широко
применяется травитель, состоящий из концентрированной H3PO4 (76%), ледяной
уксусной кислоты (15%), концентрированной азотной кислоты (3%) и воды (5%)
по объему. Согласно исследованиям, процесс состоит из двух стадий -
формирования Al3+ и образования AlPO4, контролируемых скоростями
соответствующих реакций:
Al2O3 (медленно( Al (-3еHNO3( Al3+ (быстро(
(быстро( Пленка (медленно( Растворимый AlPO4. (40)
Вода в фосфорной кислоте препятствует растворению Al2O3, но она
способствует растворению вторичного продукта AlPO4. Сила тока
пропорциональна скорости травления. Если ток приложен
| |  скачать работу |
Жидкостное химическое травление |
