Мокро химическо ецване
„Мокро химическо ецване“
1.1. Термодинамика на ецването. 5
1.2. Общи принципи на кинетиката на ецване. 8
1.3. Феноменологичен механизъм на ецване. 9
2. Течно ецване. 11
2.1. Гравиране на SiO2. единадесет
2.2. ецване на силиций. 14
2.3. Гравиране на многослойни структури. 19
2.4. Декапиране на алуминий. 20
2.5. Граватор за алуминий. 21
2.6. електрохимично ецване. 23
3. Практически аспекти на течната химия 23
3.1. Други характеристики на офорта. 24
4. Заключение. 25
5. Библиография. 26
Ецването се използва за селективно (химическо) изобразяване на дифузионни маски, образуване на изолационни или проводящи участъци, по време на които веществото в зоната, която трябва да се ецва, се превръща химически в разтворимо или летливо съединение. В литографията ецването се използва главно за формиране на дифузионни маски в слой от термично окислен силиций или за отстраняване на материал през диелектрични прозорци при производството на метални контакти. Металното окабеляване се формира чрез селективно отстраняване на празнини (обръщане на изображението); Фотомаските се изработват и чрез ецване на метални филми. Задачата на инженера по процеса е да гарантира, че изображението се прехвърля от резист маската към субстрата с минимално отклонение на размера (E) и толеранс (±T) (виж Фиг. 1). От фигурата може да се види, че общата промяна в размера по време на литография E се дължи на изкривяване на изображението в маската на съпротивлението (±0,1 µm), изместване на размера в резиста (±0,5 µm) и окончателно изместване на размера по време на ецване ±1,0 µm с толеранс от ±1,0 µm.
Ориз. 1. Преоразмеряване при прехвърляне на изображение
от резиста към субстрата с помощта на изотропно ецване.
В зависимост от кристалността на филма и целостта на резиста (липса на разслоявания по време на течност и ерозия по време на плазмено ецване), загубата на размер може да достигне дебелината на филма D и дори да я надвиши. Изотропното мокро ецване, което се характеризира с голямо странично ецване (L), трябваше да бъде заменено с анизотропно ецване в газова фаза, за което D/L>> 1 (фиг. 2).
Изотропното ецване се извършва произволно, с еднаква скорост във всички пространствени посоки - L и D. Анизотропното ецване се проявява с някои отклонения от изотропния процес. Желателно е дълбочината на ецване (D) да е много по-голяма от страничното ецване (L). Тъй като ецването във вертикална посока спира, когато се достигне дълбочина D, прекомерното ецване се определя само от скоростта на отстраняване на материала в страничната посока. Степента на анизотропия може да се определи като съотношението L/D и нейната величина зависи от много физически параметри. Течното ецване се определя главно от статичните характеристики като адхезия и степента на дъбене на резиста, състава на ецващия агент и др. При сухото ецване степента на анизотропия до голяма степен зависи от такива динамични параметри като мощността на разреждане, налягането и скоростта на съпротивление на ерозията. Количеството на странично ецване при мокрото ецване зависи от предходните етапи на обработка - подготовка на повърхността и термично щавене.
Ориз. 2. Анизотропен (вляво) и изотропен (вдясно)
офорт. R-съпротивление, S-рафт.
Използвайки мокро ецване или наскоро разработения и по-предпочитан плазмен метод за сухо ецване, е възможно да се формираразлични профили във филмите. Течните ецващи средства дават изотропни или скосени профили. Профилът със скосени ръбове е по-подходящ за последващо нанасяне на метална кухина през такава стъпка.
Ширина на линията в компенсирана маска M, µm
Ориз. 3. Компенсация на комуникацията (намаляване на размера на прозорците в маската),
необходими за изотропно и анизотропно (D/L>2) ецване.
За да се компенсира недостатъчното ецване по време на изотропно течно ецване, размерите на елемента върху фотомаската трябва да бъдат намалени. На фиг. Фигура 3 показва компенсацията на размера на прозореца в шаблона за различни степени на анизотропия на ецване. За конвенционално изотропно ецване D/L е 1 (без разрушаване на съпротивлението и добра адхезия). За да бъде ширината на лентата равна на wе, размерът на изображението, прехвърлено върху съпротивлението wr, трябва да бъде по-малко от два пъти размера на страничното подрязване (L):
Ориз. Фигура 4. Сравнение на течно (W) и плазмено (P) ецване И в двата случая ецването се извършва през Si3N4 маска с дебелина 0,25 µm.
За да се получи линия от 1 µm с умерено анизотропно ецване (D/L=3), изображението в резиста трябва да бъде направено с 0,2 µm по-малко от 1 µm, а ширината на елемента върху шаблона (M) трябва да се увеличи с приблизително 0,05–0,1 µm, за да се компенсира отклонението на размера при формиране на маската на резиста. Ако D/L=10, тогава лента с ширина 1 µm може да бъде гравирана през резистивен прозорец с ширина 0,7 µm. Разликата в характеристиките на компенсация на размера на изображението на резист за сухо и мокро ецване Si3 N4 се вижда ясно на фиг. 4.
От гледна точка на химията процесът на ецване може да бъде представен чрез схемата
твърдата фаза включва силиций, неговите оксиди и нитриди и много метали. За връзки вътре в кристала обикновено се използват Al и неговите сплави със Si и Cu, като основнатаматериалът за първото ниво на метализация е Al (Таблица 1). Слоевете от силициеви оксиди могат да се отглеждат термично, да се отлагат химически или чрез пръскане, а също така могат да бъдат легирани с фосфор или бор. Металите се използват под формата на чисти или пасивирани филми, сплави, многослойни структури и интерметали. Тъй като силицийът съществува под формата на монокристални или поликристални филми, неговата структура, подобно на структурата на други кристални материали, има както близък, така и далечен ред. Тъй като ецването трансформира подредените структури в неподредени, термодинамичните съображения относно поведението на свободната енергия на DF системата трябва да вземат предвид промените както в ентропията +DS, така и в енталпията DH (топлина на разтвор или изпарение)
Например, реакцията на ецване на аморфен силициев оксид е ендотермична, DH=+11 kcal/mol:
Таблица 1. Материали на полупроводниковата електроника.
| проводници | Ag, Al, Au, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Pt, Ta, Ti, W |
| полупроводници | Si, Ge, GaAs |
| Диелектрици | SiO2, Si3 N4, резистент, полиимид |
Преодоляването на краткотрайни сили в амфорно тяло е придружено от увеличаване на ентропията. Малки дефекти като напрежение, напрежение, нива на примеси също влияят върху скоростта на ецване. В кристалния силиций скоростта на ецване на равнини с ниски индекси на Милър се определя от броя на свободните връзки и кристалографската ориентация (Таблица 2).
Таблица 2. Ефект на ориентацията върху ецването на силиций.
| Кристалографска равнина | Относителен брой безплатни облигации | Относителна скорост на ецване |
