Изотропное травление в жидкой фазе
Изотропное травление в жидкой фазе применяется в основном для равномерного удаления материала с поверхности. Путем жидкофазного травления с поверхности полупроводникового материала или пластины удаляются структурно нарушенные или напряженные при механической предварительной обработке слои материала. Происходит очистка от посторонних включений, загрязнений и различных пленок. В зависимости от обрабатываемых объектов можно разделить этот вид обработки на травление кристаллов и травление пластин.
Травление кристаллов, часто называемое снятием оболочки, производится со снятием верхнего слоя на глубину 250 – 1000 мкм со скоростью травления 5 – 6 мкм/мин. При травлении пластин обычно снимается поверхностный нарушенный слой на глубину от 20 до 30 мкм с каждой стороны пластины при условии, что предварительно проведенные процессы обработки не требуют других параметров травления. Скорость травления составляет 3 – 4 мкм/мин. После этой стадии обработки поверхность кристалла или пластины выровненная, матово- блестящая, чистая и свободная от нарушений.
К изотропному травлению в жидкой фазе относятся также процессы, называемые «травление краев» и «травление на утонение». Травление краев проводится как для закругления краев пластины (в качестве альтернативного варианта способа шлифования краев пластины), так и для стравливания слоя материала только с краев пластины. Оба варианта предназначены для рассчитанного снятия слоя определенной толщины.
|
|
|
Травление на утонение используется для двух целей: для создания на детали тонкого и свободного от дефектов обработки «окна» и для утонения структурированных пластин с обратной стороны структуры.
Газовое травление и травление в паровой фазе
При газовом и паровом травлении травитель воздействует на полупроводниковый материала из паровой или газовой среды при повышенной температуре. Этот способ травления может быть использован как для снятия материала и удаления нарушенных слоев на поверхности или её сглаживания и очистки (изотропное травление), так и для выявления структурных дефектов (анизотропное травление).
Вытравливание дефектов
Вытравливание дефектов, или структурное травление, используется с определенной целью - для маркировки дефектов. Существует мнение, что все травители со структурно-вытравливающим действием можно разделить на структурно-направленные (анизотропное травление) и структурно-ненаправленные (изотропное травление). Анизотропно действующие растворы вытравливают фигуры травления вследствие различной скорости травления по различным кристаллографическим плоскостям, граничные плоскости которых отвечают определенным кристаллографическим направлениям.
|
|
|
В качестве наиболее употребляемых при структурном травлении монокристаллического кремния травителей со структурно-направленным характером можно назвать травители Сиртла, Деша и Секко.
Анизотропное травление в жидкой фазе
Анизотропное травление кремния известно давно. Одна из первых работ, посвященная этому вопросу написана Фаустом (Faust) в 1959 г., в работе описывается травление кремния различной ориентации в растворе NaOH и H2O. Развитие анизотропного травления продолжалось в течение 1960-ых годов. Рассматривались зависимости процесса травления от кристаллографической ориентации образцов, от концентрации и состава травителей. В 1970 г. было выявлено, что 50% водный раствор KOH травит кремний кристаллографической ориентации <110> приблизительно в 25 раз быстрее, чем в направлении <111>. В связи с такой особенностью, водный раствор гидроксида калия, с различным процентным содержанием щелочи, стал широко применяться для анизотропного травления. Также и в данной дипломной работе в качестве травителя кремния используется гидроксид калия.
|
|
|
Высокоанизотропные травители - те травители, которые травят кремниевую подложку в направлении <100> и <110> с намного более высокой скоростью, чем в направлении <111>. Такие травители используются прежде всего при изготовлении схемных структур, например при производстве интегральных микросхем, и в технологии производства элементов на сапфировых подложках. При этом травление производится сквозь соответствующие отверстия в маскирующем слое. Структурное вытравливание основано на точно кристаллографически определенном V-образном вытравливании линий на поверхности (100) кремния и обусловлено сильно различающимися скоростями травления в направлениях <110> и <111> (скорость травления в направлении <100> выше) (см. рис.1).
Рис.1. Преимущественное травление кремния вдоль кристаллографических направлений <100> и <110>.
Анизотропными травителями с преимущественным воздействием на кристаллографические плоскости с малыми индексами являются в основном щелочные реагенты. Плотность свободных связей (дефектов, обусловленных свободными незавершенными связями граничной кристаллической плоскости) для этих плоскостей находится в соотношении 1.00 : 0.71 : 0.58.
|
|
|
Кремний с ориентацией (100)
Плоскость (100) является единственной из главных плоскостей, при пересечении которой плоскостями (110), (111), (100) и (211) образуются фигуры с прямоугольной симметрией. Поэтому этой плоскости отдается предпочтение при создании приборов, которые изготавливаются с использованием методов анизотропного травления. Плоскость (100) пересекается четырьмя плоскостями (111) под углом 54°44’ (54°74’). При ориентации сторон окна вдоль направления [100] или перпендикулярно ему (параллельно следу плоскости (111)) получаются фигуры травления пирамидальной формы с боковыми стенками, ограниченными плоскостями (111), и дном, ограниченным плоскостью (100) (рис.7).
Анизотропные травители растворяют кремний в плоскости (100) до тех пор, пока травление не дойдет до плоскостей {111}, начинающихся у края окна в пленке SiO2 и встречающихся так, что они образуют V-образный профиль (рис.1). Глубина V-образной канавки зависит от ширины окна на пластине кремния, полученного с помощью фотолитографии (рис.2). Травление прекращается, когда участки плоскостей {100}, выходящие на поверхность, стравливаются. Регулируя время травления, можно изменять профиль канавки трапецеидального до V-образного.
Рис. 2. Форма вытравливаемой канавки на пластине ориентации: а) – (100); б) – (100); 
поперечное сечение канавки, 
пересечение плоскостей {111} с поверхностью пластины.
На рис. 3 показана форма лунок, анизотропно вытравленных в кремнии (100) через окна различной геометрии в маскирующей пленке. Если травление по времени достаточно, то лунка на поверхности кремния представляет собой прямоугольник, ограниченный окном в маскирующей пленке. Вытравленные лунки ограничены четырьмя сходящимися плоскостями {111}, каждая из которых образует угол 54°74’ (arctg√2) с поверхностью (100).
Рис.3. Форма лунок, вытравленных в кремнии ориентации (100) через окна различной геометрии.
Кремний ориентации (110)
Пластина кремния (110) пересекается шестью плоскостями {111}, из которых четыре перпендикулярны поверхности (110), а остальные две пересекают плоскость (110) под углом 35°26’. Плоскости (1 
) и ( 
) перпендикулярны поверхности (110) и пересекаются между собой под углом 109°48’. Процесс травления канавки на кремнии ориентации (110) – самоостанавливающийся процесс и приостанавливается, когда канавка ограничивается шестью плоскостями (111): четырьмя вертикальными и двумя наклонными. Наклонные плоскости {111} препятствуют травлению. Если дно канавки ограничено плоскостью (110), то самоограничения травления еще не наступило.
Фигуры травления на подложках кремния с ориентациями (100) и (110) в зависимости от ориентационных условий приведены в таблице 1. При ориентации системы параллельных полос, расположенных вдоль [100], образуются трапецеидальные или V-образные канавки с (111) боковыми стенками под углом 35°16’ к начальной поверхности (100).
Таблица 1.
Ориентационные условия и полиэдры на подложках кремния с ориентациями {100} и {110}.
| Ориентация подложки | Форма шаблона и его расположение на подложке | Фигуры травления | ||||
| Начальный | Промежуточный | Предельный | ||||
| {100} | Квадрат со стороной а, расположенной вдоль <110> | 
| 
| 
| ||
| {100} | Квадрат со стороной а, расположенной вдоль <100> | 
| 
| 
| ||
| {100} | Круг диаметра а | 
| 
| 
| ||
| {100} | Система параллельных полос, расположенных вдоль <110> | 
| 
| 
| ||
| Продолжение табл.1
 Мы поможем в написании ваших работ! | ||||||