SHPORA.net :: PDA

[ Back ]

Особенностью анизотропного трав¬ления является то, что в разных

кристал¬лографических направлениях скорость удаления атомных слоев с поверхности

травления, т.е. скорость травления, имеет неодинаковые значения. Это объясняется

различной плотностью упаковки атомов в разных плоскостях, а также различным

характером связи поверхностных атомов между собой и с атомами, расположен¬ными в

объеме кристаллической структу¬ры полупроводника. Скорость травления в

зависимости от кристаллографического направления соответствует следующему ряду:



V[100] > V[110] > V[210] > V[211] >V[221] > V[111].



Для получения ЧЭ микродатчиков кремниевые заготовки в виде пластин ча¬ще всего

ориентируют в плоскостях (100), (110), (111).

Анизотропные травители представ¬ляют собой многокомпонентные раство¬ры,

состоящие из окислителя кремния до гидратированного диоксида, растворителя

последнего и замедлителя или ускорителя процесса травления. В составе травителей

используются системы: гидразин - вода; гидразин - изопропиловый спирт - вода;

этилендиамин - пирокатехин-вода; едкое кали - пропиловый спирт - вода; едкий

натр - вода; едкое кали - изопропиловый спирт - вода и др. В этих системах

эти¬лендиамин, гидразин и едкое кали выпол¬няют роль окислителя; пирокатехин,

про¬пиловый и изопропиловый спирт - ком¬плексные агенты. Вода служит

катализа¬тором.

Процесс анизотропного травления заключается в поэтапном удалении атом¬ных слоев

(слой за слоем) с поверхности кристалла, т.е. в процессе травления на

поверхности кристалла образуются мик¬роскопические ступеньки. Поэтому

ани¬зотропное травление не дает зеркальных поверхностей и полученный элемент

об¬рабатывают в течение 30 с в полирующем растворе изотропного травителя,

сос¬тоящего из смеси плавиковой, уксусной и азотной кислот, взятых в пропорции 1

: 1,2 : 6,2. Обработка в полирующем растворе сглаживает микронеровности,

остающиеся после анизотропного травле¬ния. В результате повышается также пре¬дел

прочности до разрушения ЧЭ в 3-4 раза.

На скорость травления значительное влияние оказывают концентрация приме¬сей и их

тип в кремнии. Поэтому при травлении р- и n-кремния в составы ани¬зотропных

травителей вводят различные присадки. Разработаны также разнообраз¬ные

самотормозящиеся виды травления. Комбинируя предварительные диффузии с

анизотропными и изотропными трави-телями, можно получать с заданной раз¬мерной

точностью весьма сложные объ¬емные микроформы ЧЭ.

Скорость травления диоксида крем¬ния во всех применяемых травителях ока¬зывается

значительно ниже скорости травления кремния. Поэтому при локаль¬ном травлении

защита поверхности кремниевой пластины от травления может



Рис. 2.23. Анизотропное травление в плоскостях (100) и (110):

а-(100); б-(110)

быть осуществлена с помощью оксидной пленки. Оксидные маски локализуют процесс

травления профилированных уг¬лублений, сквозных отверстий и пазов. На рис. 2.23

показаны формы углублений [17] и соответствующие им маски при анизотропном

травлении на плоскостях (100) и (110).

При воздействии травителя на плос¬кости (100) и ориентации кромок оксид¬ной

маски в направлении [110] скорости травления в направлениях [100] и [111]

отличаются на два порядка и больше. В результате происходит смыкание граней

(111) при незначительном подтравлива-нии под маску (рис. 2.24).

При этом размер дна L1 образующей¬ся канавки определяется уравнением

,

где - размер ширины канавки в маске; t - время травления; А = - степень

анизотропии травления; V100, V111 - ско¬рости травления в направлениях [100] и

[111]; - угол между плоскостями (100) и (110).

Смыкание боковых граней возможно, если А > 1/ . Время, необходимое для

смыкания, равно



Глубина травления в момент смыка¬ния определяется формулой:



При высокой степени /анизотропии (V100 >>V111) приведенная формула упро¬щается:









Рис. 2.24. Формы фигур анизотропного травления кремния на плоскости (100)

Необходимый размер окна в маске для заданной глубины определяется зависимостью

. Подтравлива-ние под маску определяется формулой .

Приведенные соотношения могут быть использованы и при расчете пара¬метров

травления на плоскости (110) при подстановке соответствующих значений V и .

2.4.3. Другие виды травления

При любых видах химических травителей эффективность их воздействия воз¬растает

при перемешивании растворов. В химико-динамическом травлении ис¬пользуют мешалки

лопастного типа и ультразвуковые вибраторы. Избиратель¬ное удаление слоя кремния

и других ма¬териалов при наличии защитной маски возможно с помощью вакуумно-

плазменного травления, которое обеспечивает избирательность, скорость и

анизотроп¬ность травления. Слой кремния удаляется путем химического

взаимодействия ионов и радикалов активного газа с атомами кремния с образованием

летучих соеди¬нений.

Плазмохимическое травление под¬разделяется на плазменное и радикаль¬ное. В

первом случае пластины кремния находятся непосредственно в плазме хи¬мически

активных газов [четыреххлори-стый углерод СF4 или дифтордихлорметан СF4Сl2

(фреон-12)], а во втором пластины находятся в вакуумной камере, отделен¬ной от

газоразрядной химически активной плазмы перфорированными металличе¬скими

экранами или магнитными и элек¬трическими полями.

Разряд возбуждается высокочастот¬ным генератором мощностью до 300 Вт и "горит"

вне камеры, в которой находятся пластины. Давление в камере -0,01 Па. Скорость

травления -400 нм/мин. После травления промывки практически не тре¬буется.

Электролитическое травление ре¬комендуется применять при обработке кремния в

плоскости (111). В качестве травителей используют растворы кислот и щелочей,

например плавиковую кислоту, щелочь КОН.

При электролитическом локальном травлении воспроизводимость формы лу¬нок

травления определяется в основном воспроизводимостью скорости травления, которая

зависит кроме всех отмечавшихся ранее факторов от значения и способа подведения

напряжения между поверхно¬стью травления и электролитом. Напри¬мер, увеличение

плотности тока обеспе¬чивает, в общем, рост скорости травления и улучшает

качество поверхности. Однако при этом, как правило, ухудшается рав¬номерность

фронта травления.

Изменение анодного тока влияет также на отношение размеров бокового

подтравливания под край защитной маски к глубине травления. При малой плотно¬сти

тока характер травления практически совпадает с изотропным. В случае увели¬чения

тока травление в глубину начинает превалировать над травлением под маску, что

происходит, по-видимому, из-за пере¬распределения анодного тока между

раз¬личными участками поверхности лунки травления.

Применение электроискрового микропрофилирования кремния ограни¬чивается размером

инструмента (элек¬трод) и наличием на поверхности пластин микротрещин. Наиболее

приемлем ком¬бинированный способ обработки: вначале электроискровой обработкой

получают предварительные размеры, а затем с по¬мощью электролитического

травления или полирующими травителями доводят размеры до заданных значений.

Травление поликристаллического кремния. Практически все травители,

воздействующие на монокристаллический кремний, травят и поликристалл. Однако

более перспективны травители, в которых пленка диоксида кремния оказывается

надежной защитой при локальном травлении пластины на большую глубину, на¬пример

почти на всю толщину пластины.

По сравнению с изотропным травле¬нием монокристаллического кремния травление

поликристаллического кремния приводит к несколько худшей воспроиз¬водимости

формы упругих элементов преобразователей из-за существенно большей

неоднородности поликристалла. Но в отличие от изотропного травления

рассматриваемый процесс характеризует¬ся определенной направленностью. Во всех

случаях боковое подтравливание под край маски происходит медленнее, чем

травление в глубину.

Электролитическое травление наряду с изотропным является одним из самых

распространенных и хорошо отработан¬ных методов травления полупроводников.

Микропрофилирование сапфира основано на травлении в потоке водорода и метана при

температуре 1900 °С и дав¬лении 1,3 Па. Локальность травления обеспечивается

маскированием поверхно¬сти сапфировой пластины с помощью вольфрамовой пленки,

выращенной из парогазовой смеси. Указанное травление носит анизотропный

характер. Отношение скорости травления в глубину к скорости бокового

подтравливания равно 4. При травлении сапфира на глубину 100 мкм боковой растрав

< 25 мкм.

Травление защитных покрытий. Для защиты поверхности полупроводни¬кового кремния

наряду с оксидной плен¬кой SiО2 используется нитрид кремния Si3N4, а также

пленки из алюминия, золо¬та, хрома и др.

Для удаления оксидной пленки при¬меняется так называемый буферный тра-витель в

составе: плавиковая кислота НF -40%-ная, фтористый аммоний NН4F, вода в

соотношении 2:7: 1.

Заметим, что защитные металличе¬ские пленки различной толщины могут быть

получены за несколько десятков се¬кунд методом термического вакуумного

напыления.

Для размерного травления металли¬ческих пленок хорошо зарекомендовали себя

щелочные и кислотные травители.