Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата



В конце концов фтор замещает кислород. Атомы водорода присоединяются к атому кислорода на поверхности SiO2, а в координационную сферу SiF4 включаются два или более ионов фтора, так что в растворе образуется SiF62-. Окончательно реакция травления может быть представлена как

6HF + SiO2 ® H2SiF6 + 2H2O     (31)

Обнаружено, что при добавлении NH4F и H2F6 к буферному раствору HF скорость травления увеличивается благодаря образованию HF2-. При этом накапливание H2SiF6 конкурирует с процессом образования осадка (NH4)2SiF6 :

H2SiF6 + NH4F ® (NH4)2SiF6 + HF

Добавление более сильных нуклеофильных веществ (NH4Cl, -Br, -I) ведет к увеличению скорости (табл. 4), что свидетельствует о развитии процесса через нуклеофильное смещение.

Таблица 4. Влияние галогена на скорость травления SiO2.

Буферный ион	Скорость травления (нм/сек)
F- Cl- Br- I-	1.0 2.0 2.3 3.3

Травление кремния.

Травление кремния включает стадию окисления

Si + [O] ® SiO2 + 14ккал/моль      (33)
и последующее травление SiO2 :
6HF + SiO2 ® H2SiF6 + H2O - 11ккал/моль     (31)

В травителе HF/HNO3 происходит реакция

Si+2HNO3+6HF ® H2SiF6+2HNO3+ 2H2O+125ккал/моль        (34)

Для растворения каждого атома Si требуется две молекулы HNO3 и шесть молекул HF. Если реакция контролируется диффузией, то максимальная скорость травления должна достигаться при молярном соотношении HNO3 и HF, равном 1:3. Анализ зависимости Аррениуса для травления Si в HF/HNO3 обнаруживает излом (рис. 11), соответствующий изменению вида процесса от диффузионно-контролируемого к контролируемому скоростью реакции. Энергия активации диффузионно-контролируемого травления (6 ккал/моль) определяется диффузией HF через слой продуктов реакции. Значение этой энергии при травлении, контролируемом скоростью реакции (4 ккал/моль), определяется окислением кремния. Для диффузионно-контролируемого процесса произведение вязкость ґ скорость постоянно [уравнение (21)]. Для управления вязкостью добавляется ледяная уксусная кислота (рис.12).

Рис. 11. Зависимость скорости травления dM/dt от величины 1000/Т при травлении Si в HNO3/HF.	Рис. 12. Зависимость произведения вязкости на скорость травления hґ(dM/dt) от температуры ля травления Si при использовании ледяной уксусной кислоты в качестве загустителя.

При изотропном травлении кремния используются маски из нетравящихся металлов Si3N4 или SiO2 (иногда для неглубокого травления). Резист используется редко, так как HFѕHNO3 быстро проникает через пленку. Для травления кремния использовались также щелочные травители

Si + 2OH- + H2O ® SiO2 + 2H2      (35)

Этилендиамин, гидразин и OH- действуют как окислители, а пирокатехин и спирты - как комплексообразующие агенты для SiO3+. Кроме того, водород может замедлить травление поликремния. Для удаления H2 с поверхности добавляют ПАВ.

Рис. 13. преимущественное травление кремния вдоль кристаллографических направлений <100> и <110>.

Щелочные реагенты являются в основном анизотропными травителями с преимущественным воздействием на кристаллографические плоскости с малыми индексами. Плотность свободных связей (дефектов, обусловленных свободными незавершенными связями граничной кристаллической плоскости) для этих плоскостей находится в соотношении 1.00 : 0.71 : 0.58. Причина выбора (100) - ориентированного среза кремния для анизотропного травления заключается в том, что это единственная из основных плоскостей, в которой плоскости (110), (111), (100) и (211) пересекаются с регулярной симметрией. Поэтому эта ориентация наиболее предпочтительна при травлении глубоких канавок в кремнии. Следует отметить, что геометрия поверхности, создаваемой изотропным травлением, будет зависеть от геометрии первоначальной поверхности, так как выпуклые поверхности ограничивают быстро травящиеся плоскости, а медленно травящиеся плоскости останавливаются на вогнутой поверхности. В направлении<100> скорость травления в 100 раз выше, чем в направлении <111>. На рис. 13 показан пример преимущественного травления 54о- ой канавки в пересечении 110/100/111 смесью KOH изопропанола при 85оС. KOH и изопропанол являются травителями с соотношением скоростей травления 55:1 для направлений <100> и <111>.

При добавлении к травителю спиртов, которые адсорбируются преимущественно на плоскости (111), можно осуществить анизотропное травление в других направлениях. Скорость травления лимитируется диффузией с энергией активации 4 ккал/моль, так как щелочь должна диффундировать сквозь барьер из комплексов кремния.

Рис. 14. Анизотропное (а) и изотропное (б) жидкостное травление эпитаксиального кремния.

Другой травитель для моно- и поликристаллического кремния состоит из этилендиамина и пирокатехина и имеет энергию активации 8 ккал/моль: NH2(CH2)2NH2+Si+3Ж(OH) ® ® 2H2+Si(ЖO2)3+2NH2(CH2)3NH3         (36)

п ри 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.

Рис. 15. Зависимость угла травления поликремния Q 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, мкм/мин			Подтравливание (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)d	<0.1d	<0.1d

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
NHF, 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 вещество	H2
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:

подбором температуры и 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.

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.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: заключение реферата, текст для изложения.

Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки