Войти
Травление резервуары, используемые для выполнения Пираньи, Плавиковая кислота или RCA clean на партиях 4-дюймовых пластин на технологическом предприятии LAAS в Тулузе, Франция Травление используется в микропроизводстве для химического удаления слоев с поверхности пластины во время производства. Травление - критически важный технологический модуль, и каждая пластина проходит множество этапов травления, прежде чем будет завершена.
На многих этапах травления часть пластины защищена от травителя «маскирующим» материалом, который сопротивляется травлению. В некоторых случаях маскирующий материал представляет собой фоторезист, на который нанесен рисунок с помощью фотолитографии. В других случаях требуется более прочная маска, например нитрид кремния.
Если травление предназначено для создания полости в материале, глубину полости можно приблизительно контролировать, используя время травления и известную скорость травления. Однако чаще травление должно полностью удалять верхний слой многослойной структуры, не повреждая нижележащие или маскирующие слои. Способность системы травления делать это зависит от соотношения скоростей травления в двух материалах (селективности).
Некоторые травления подрезают маскирующий слой и образуют полости с наклонными боковинами. Расстояние подреза называется смещением. Травители с большим смещением называют изотропными, потому что они разрушают субстрат одинаково во всех направлениях. Современные процессы в значительной степени отдают предпочтение анизотропному травлению, поскольку они создают четкие, хорошо контролируемые детали.
| Селективность |  | Синий: слой остается.
|
| Изотропия |  | Красный: маскирующий слой; желтый: удаляемый слой
|
Два основных Типы травителей - это жидкая -фаза («мокрая») и плазменная -фаза («сухая»). Каждый из них существует в нескольких разновидностях.
Радиационно-упрочненная матрица микроконтроллера 1886VE10 перед металлизацией травлением 
Радиационно-упрочненная матрица из был использован микроконтроллер 1886VE10 после процесса травления металлизации В первых процессах травления использовались жидкие -фазные («влажные») травители. Вафлю можно погрузить в ванну с травителем, которую необходимо перемешивать для достижения хорошего контроля процесса. Например, фтористоводородная кислота с буфером (BHF) обычно используется для травления диоксида кремния поверх подложки кремния.
Для характеристики протравленной поверхности можно использовать различные специализированные травители.
Мокрые травители обычно изотропны, что приводит к большому смещению при травлении толстых пленок. Они также требуют удаления большого количества токсичных отходов. По этим причинам они редко используются в современных процессах. Однако фотографический проявитель, используемый для фоторезиста, напоминает влажное травление.
В качестве альтернативы погружению в машинах с одной пластиной используется принцип Бернулли для использования газа (обычно чистого азота ) для амортизации и защиты одной стороны пластины. в то время как травитель наносится на другую сторону. Это может быть как с лицевой, так и с обратной стороны. Химический состав травления распределяется на верхней стороне, когда находится в машине, и нижняя сторона не затрагивается. Этот метод травления особенно эффективен непосредственно перед "внутренней" обработкой (BEOL ), когда пластины обычно намного тоньше после заточки пластин и очень чувствительны к термическому или механическому воздействию. Травление тонкого слоя даже в несколько микрометров удалит микротрещины, образовавшиеся во время заточки, в результате чего пластина будет иметь значительно повышенную прочность и гибкость без разрушения.
Анизотропное влажное травление на кремниевой пластине создает полость с трапециевидным поперечным сечением. Дно полости представляет собой плоскость {100} (см. индексы Миллера ), а стороны - плоскости {111}. Синий материал представляет собой маску травления, а зеленый материал - кремний. Некоторые средства влажного травления травят кристаллические материалы с очень разной скоростью в зависимости от того, какая грань кристалла подвергается воздействию. В монокристаллических материалах (например, кремниевых пластинах) этот эффект может допускать очень высокую анизотропию, как показано на рисунке. Термин «кристаллографическое травление» является синонимом «анизотропного травления по кристаллическим плоскостям».
Однако для некоторых некристаллических материалов, таких как стекло, существуют нетрадиционные способы анизотропного травления. Авторы используют многопоточный ламинарный поток, содержащий травящие не травящие растворы, для изготовления стеклянной канавки. Раствор для травления в центре окружен непротравливающими растворами, а область, контактирующая с травильными растворами, ограничена окружающими непротравливающими растворами. При этом направление травления в основном вертикальное по отношению к поверхности стекла. СЭМ-изображения демонстрируют нарушение обычного теоретического предела соотношения сторон (ширина / высота = 0,5) и вносят вклад в двукратное улучшение (ширина / высота = 1).
Для кремния доступно несколько анизотропных жидкостных травителей, все они являются горячими водными каустиками. Например, гидроксид калия (КОН) демонстрирует селективность по скорости травления в 400 раз выше в направлениях кристаллов, чем в направлениях . EDP (водный раствор этилендиамина и пирокатехола ), демонстрирует селективность / 17Х, не травит диоксид кремния как КОН делает, а также демонстрирует высокую селективность между слабо легированным и сильно легированным бором (p-тип) кремнием. Использование этих травителей на пластинах, которые уже содержат CMOS интегральные схемы, требует защиты схемы. КОН может вводить подвижные ионы калия в диоксид кремния, а ЭДП очень коррозионно, поэтому при их использовании требуется осторожность. Гидроксид тетраметиламмония (TMAH) представляет собой более безопасную альтернативу, чем EDP, с селективностью в 37 раз между плоскостями {100} и {111} в кремнии.
Протравливание поверхности кремния (100) через прямоугольное отверстие в маскирующем материале, например отверстие в слое нитрида кремния, создает ямку с плоскими наклонными {111} -ориентированными боковыми стенками и плоскими (100) -ориентированное дно. Боковые стенки, ориентированные {111}, имеют угол к поверхности пластины:
Если травление продолжается «до конца», то есть до исчезновения плоского дна, ямка становится траншеей с V-образным поперечным сечением. Если исходный прямоугольник был идеальным квадратом, углубление после вытравливания будет иметь пирамидальную форму.
Поднутрение δ под краем маскирующего материала определяется как:
,где R xxx - скорость травления в направлении
Различные травители имеют разную анизотропию. Ниже представлена таблица распространенных анизотропных травителей для кремния:
| Etchant | Рабочая температура (° C) | R100 (мкм / мин) | S = R 100 / R 111 | Маскирующие материалы |
|---|---|---|---|---|
| Этилендиаминпирокатехол. (EDP) | 110 | 0,47 | 17 | SiO 2, Si3N4, Au, Cr, Ag, Cu |
| Гидроксид калия / Изопропиловый спирт. (КОН / IPA) | 50 | 1,0 | 400 | Si3N4, SiO 2 (травление при 2,8 нм / мин) |
| гидроксид тетраметиламмония. (TMAH) | 80 | 0,6 | 37 | Si3N4, SiO 2 |
Упрощенная иллюстрация сухого травления с использованием положительного фоторезиста во время процесса фотолитографии при микротехнологии полупроводников. Примечание. Не в масштабе. Современные процессы СБИС избегают влажного травления и вместо этого используют плазменное травление. Плазменные травители могут работать в нескольких режимах, регулируя параметры плазмы. Обычное плазменное травление работает от 0,1 до 5 Торр. (Эта единица давления, обычно используемая в вакуумной технике, равна примерно 133,3 паскалям.) Плазма производит энергичные свободные радикалы, нейтрально заряженные, которые реагируют на поверхность вафли. Поскольку нейтральные частицы атакуют пластину со всех сторон, этот процесс изотропен.
Плазменное травление может быть изотропным, т. Е. Показывать скорость бокового выреза на поверхности с рисунком, примерно такую же, как его скорость травления вниз, или может быть анизотропным, т. Е. Показывать меньшую скорость бокового выреза, чем скорость травления вниз.. Такая анизотропия максимальна в глубоком реактивном ионном травлении. Использование термина анизотропия для плазменного травления не следует путать с использованием того же термина, когда речь идет о травлении, зависимом от ориентации.
Исходный газ для плазмы обычно содержит небольшие молекулы, богатые хлором или фтором. Например, четыреххлористый углерод (CCl 4) травит кремний и алюминий, а трифторметан травит диоксид кремния и нитрид кремния. Плазма, содержащая кислород, используется для окисления («золы ») фоторезиста и облегчения его удаления.
Ионное измельчение или травление распылением использует более низкое давление, часто всего 10 Торр (10 мПа). Он бомбардирует пластину энергичными ионами благородных газов, часто Ar, которые выбивают атомы из подложки, передавая импульс. Поскольку травление осуществляется ионами, которые приближаются к пластине приблизительно с одного направления, этот процесс сильно анизотропен. С другой стороны, он имеет плохую селективность. Реактивное ионное травление (RIE) работает в условиях, промежуточных между распылением и плазменным травлением (от 10 до 10 Торр). Глубокое реактивно-ионное травление (DRIE) изменяет технику RIE для создания глубоких узких деталей.
| Травление | Влажные травители | Плазменные травители |
|---|---|---|
| Алюминий (Al) | 80% фосфорная кислота (H3PO4) + 5% уксусная кислота. + 5% азотная кислота (HNO 3) + 10% воды (H 2 O) при 35–45 ° C | Cl2, CCl 4, SiCl 4, BCl 3 |
| оксид индия и олова [ITO] (In 2O3: SnO 2) | соляная кислота (HCl) + азотная кислота (HNO 3) + вода (H 2 O) (1: 0,1: 1) при 40 ° C | |
| Хром (Cr) |
| |
Арсенид галлия (GaAs) |
| |
| Золото (Au) |
| |
| Молибден (Mo) | CF4 | |
| Органические остатки и фоторезист | Piranha etch : серная кислота (H2SO4) + пероксид водорода (H2O2) | O2 (озоление ) |
| платина (Pt) | царская водка | |
| кремний (Si) |
| |
| диоксид кремния (SiO 2) |
| CF4, SF 6, NF 3 |
| Нитрид кремния (Si 3N4) |
| CF4, SF 6, NF 3, CHF 3 |
| Тантал (Ta) | CF4 | |
| Титан (Ti) | Плавиковая кислота (HF) | BCl 3 |
| Нитрид титана (TiN) |
| |
| Вольфрам (W) |
|
 | Викимедиа У Commons есть материалы, связанные с травлением (микропроизводство). |
