Жидкостное химическое травление
к алюминию, то
отмечается анизотропия травления.
Энергия активации травления Al в H3PO4/HNO3 равна 13.2 ккал/моль, что
предполагает ограничение процесса скоростью растворения Al2O3 в H3PO4.
Выделяемый газ есть смесь Н2, NO и NO2. Адсорбция газов на поверхности Al
является постоянной проблемой при использовании вязких травителей. Пузырьки
способны замедлять травление - под ними образуются островки недотравленного
металла, которые могут замыкать близко расположенные проводники.
[pic]
Рис. 17. Образование пузырьков во время жидкостного травления пленки
железоникелевого сплава. Преимущест-венная адсорбция газообразных продуктов
на боковой стенке ограничивает боковое подтравливание.
Неожиданным примене-нием адсорбции пузырь-ков явилось ее исполь-зование для
сглаживания краев профиля при травлении железонике-левых пленок в HNO3
(рис. 17). Как только начинается процесс трав-ления, пузырьки окиси азота
собираются вдоль боковой кромки. Адсор-бированный промежуточ-ный продукт
NO2
действует как сильный окислитель при травлении металла, и травление в
боковом направлении ускоряется. Адсорбция газов на боковой стенке (рис. 17)
использовалась также для снижения бокового подтравливания Al при его
травлении в Н3РО4. Снижение давления в камере травления с 105 до 103 Па
приводило к уменьшению подтравливания с 0.8 до 0.4 мкм. В результате
адсорбции мелких пузырьков водорода на боковой стенке на ней образовывался
эффективный диффузионный барьер.
Для снижения бокового подтравливания Al с 1.0 до 0. 25 мкм было предложено
несколько травителей (табл. 9), содержащих добавки сахарозы (полиспирта) и
ПАВ.
Таблица 9. Травители для алюминия.
| | | |
|Травитель |Резист1) |Применение |
| | | |
|1. Na3PO4, Na2CO3, K3FeCN6 |ДХН, АК |Уменьшение подтравливания до |
| | |0.5 мкм |
|2. K3FeCN6 |АК |Минимизация количества |
| | |пузырьков |
|3. H3PO4, HCLO4, H2O, ПАВ |ДХН,АК |Уменьшение подтравливания |
|4. H3PO4, HNO3, ПАВ, |АК |Подтравливание 0.25 мкм |
|сахароза |АК |Все гальванически осажденные |
|5. HCl | |металлы, включая Al; травление|
| | |распылением электролита, |
| | |устранение подтравливания |
| | |Устранение неоднородности |
|6. HCl, HNO3, Cu(NO3)2 | |травления Al/Cu |
| | |Универсальный травитель |
|7. Щелочь, изопропанол | |Al разрушается при достаточной|
|8. ДНХ-проявитель | |концентрации проявителя |
1) АК - циклокаучук с азидами, резисты типа KTFR; ДХН - новолак с
хинондиазидами, резисты типа AZ-1350.
Некачественно травление Al обусловлено несколькими факторами :
1) недопроявленный резист;
2) неравномерность толщины;
3) напряжения в пленках поверх ступенек;
4) гальваническое ускорение травления из-за наличия преципитатов Al-Cu;
5) неравномерность толщины окисла;
6) нестабильность температуры (>(1оС).
Эти факторы приводят к перетравливанию и закорачиванию.
Хром является вторым после алюминия металлом, наиболее часто подвергающимся
травлению. Он широко используется при изготовлении фотошаблонов. В качестве
травителя используется сульфат церия/HNO3.
Вследствие индукционного эффекта (формирования верхнего слоя Cr2O3)
травление пленки нелинейно, и поэтому момент окончания травления не может
быть определен по ее начальной толщине.
Электрохимическое травление.
Прикладывая потенциал к металлу, покрытому резистной маской, можно
перенести рисунок в материал в более мягких травителях, чем при травлении в
химически равновесных условиях. Платина, например, обычно травится в
горячей царской водке (HCl/HNO3), которая снимает большинство резистов.
Подавая потенциал 1.0 В, можно травить платину в разбавленной HСl. В
технологии предпочтительнее электрохимические процессы, так как для них
точнее определяется момент завершения травления (рис. 18), их легко
автоматизировать, применяя оборудование для электроосаждения. Подложки
являлись анодом в ячейке, к которой прикладывалось напряжение (рис. 18).
Ток ячейки быстро
[pic]
Рис. 18. Автоматизация определения окончания процесса путем контроля тока I
при электро-химическом травлении.
поднимается до пикового значения вслед-ствие поляризации электролита и
затем снижается до стационарного значения Iо. Окончание травления
сопровождается фиксированным процентным снижением тока. Контактное
сопротивление должно быть низким (<1Ом(см), чтобы обес-печить точное
регулирование требуемой для травления силы тока. Электрохими-ческое
воздействие аналогично реактив-ному ионно-лучевому травлению, поскольку
ионы движутся направленно.
Практические аспекты жидкостного химического травления.
Практические аспекты жидкостного химического травления (ЖХТ) связаны со
статическми и динамическими характеристиками этого процесса, а также с его
конечными результатами.
Таблица 10. Аспекты ЖХТ.
| | | |
|Статтистические |Динамические |Результаты ЖХТ |
|характеристики |характеристики | |
| | | |
|Однородность пленки |Разбрызгивание |Подтравливание |
|Состав пленки |травителя |Проколы |
|Молярность травителя |Перемешивание |Закорачивание, разрывы|
|Состав травителя |травителя | |
|Размер изображения в |Скорость травления |Допуск на изменение |
|резисте |Эрозия резиста |размеров |
|Температура |Ослабление адгезии |Селективность |
|Объем травителя |Момент прекращения |Наклон стенок |
| |травления |Изменение размеров |
| |Истощение травителя | |
К трем основным переменным процесса жидкостного травления относятся толщина
травимого слоя, температура и время обработки. Перемешивание реагента не
играет существенной роли в случае ограничения скорости на стадии химической
реакции. Скорость большинства процессов жидкостного травления (HF)
ограничена скоростью химической реакции. Типичные флуктуации перечисленных
переменных могут привести к перетравливанию. Перетравливание или неполное
стравливание фатально не столько из-за большого ухода размеров, сколько из-
за того, что оно затрудняет проведение последующих технологических
операций, например диффузии. Чем толще удаляемая пленка, тем больше уход
размеров вследствие подтравливания и тем больше допуск на этот уход.
Проколы уменьшают выходы годных, причем величина этого уменьшения
определяется чувствительностью конкретной схемы к размерам, местоположению
и плотности дефектов. Травление переводит точечный дефект в резисте в
рисунок на подложке. Если максимальный размер проколов по порядку величины
сравним с изменением размеров при ЖХТ (0.4-1.0 мкм), то резко возрастает
вероятность образования разрывов в сплошных линиях.
Другие характеристики травления.
Однородному распределению температуры в ванне с реагентом способствует
перемешивание. Ультрафильтрация раствора травителя в процессе ЖХТ счищает
реагент от остатков резиста и других твердых частиц, способных блокировать
травление. Во избежание загрязнений бачок с травителем должен быть закрыт и
изолирован от другого оборудования. Необходимо тщательно подбирать
совместимые с реагентом материалы элементов установок, иначе неизбежны
загрязнения и утечки. Для определения момента окончания травления и оценки
величины перетравливания удобно одновременно проводить травление
дифракционных решеток или элементов с меньшим характерным размером, чем в
основном изображении. Время жизни реагента можно вычислить по стехиометрии
химической реакции. Например, для травления 1 моль SiO2 требуется 6 молей
HF. Предположим, что надо обработать 25% площади 100-мм пластины в буферном
растворе 2М HF с соотношением компонентов 1:7 соответственно (см. рис. 10).
В ванне емкостью 8 литров содержится 16 молей HF.
SiO2 + 6HF ( H2SiF6 + 2H2O. (41)
Полагаем падение скорости травления на 20% предельным, что соответствует
уменьшению концентрации HF также на 20% (рис.10). Для пленки SiO2 толщиной
t=0.5 мкм и плотностью ( вычисляем количество удаленных молей SiO2:
Моли SiO2 = ( r2 t (/ SiO2 =
= 3.14(25 см2) 5(10-5 см(2.3 г/см3)/60 (42)
На одну пластину требуется 4.8(10-4 молей HF, следовательно, в нашей ванне
с учетом 20%-ного падения скорости (это соответствует 3.2 молям HF) можно
обработать 25000 подложек. Если производительность установки равна 500
пластин в день, то раствор в танке придется менять раз в 50 дней (если
пренебречь потерями материала и загрязнениями).
Заключение.
Травление - критическая стадия литографического процесса. На этой стадии
жестко испытываются адгезия, непроницаемость, уровень дефектности и
химическая инертность резиста. Стойкость резиста к травлению и его адгезия
к
| |  скачать работу |
Жидкостное химическое травление |
