2Аl + 2NaOH + 6Н2 О - > 2Na [Аl(ОН) 4] + ЗН2

При использовании в качестве масок позитивных фоторезистов для травления алюминия используют травители на основе ортофосфорной кислоты. Процесс протекает по следующей реакции:

2Аl + 6Н3РО4 - > 2Аl(Н2РО4) 3 + 3H2

Более часто применяют травитель, состоящий из смеси ортофосфорной, азотной, уксусной кислот и воды.

Травление в кислотных травителях идет при температуре около 40 "С и сопровождается бурным газовыделением, что также приводит к неровностям контура рельефа.

Наилучшее качество травления получают, используя травитель на основе хромового ангидрида Сг2О3, фторида аммония NH4F и воды. При комнатной температуре скорость травления составляет 0,7 мкм/мин. Кроме того, применяют травитель, состоящий из хромового ангидрида Сг2О3, фторида аммония NH4F, ацетата кадмия Cd(CH3COOH) 2, водорастворимого крахмала и воды. При использовании этого травителя не требуется нагрев, отсутствует газовыделение и неровность контура рельефа не превышает 0,3 мкм.

При травлении пленок алюминия возможен такой брак, как изменение (уменьшение) линейных размеров элементов, что может быть вызвано следующими причинами: применением некачественного фоторезиста; нарушением режима его задубливания или плохой адгезией к алюминию; увеличением межоперационного времени хранения; неправильным соотношением компонентов в травителе; превышением температуры и времени травления; изменением размеров элементов рисунка после проявления.

До обработки партии подложек проводят травление контрольной подложки. При несоответствии размеров элементов рисунка заданным необходимо прежде всего проверить режим задубливания, качество проявленного рельефа, температуру и состав травителя.

Иногда пленки алюминия при травлении окисляются и темнеют их отдельные участки, что можно объяснить электрохимическими процессами, происходящими в системе Al - Si - р-n-переход - травитель. Для устранения этого явления обратную и боковые стороны подложек покрывают фоторезистом, чтобы изолировать их от травителя.

Остатки невытравленного алюминия в виде перемычек могут привести к замыканию параллельных проводников одного уровня. Причинами этого могут быть: некачественное проявление (недопроявление) слоя фоторезиста; нарушение режимов его задубливания (заплывание фоторезиста при повышенной температуре задубливания); дефекты в фотошаблоне. Последующим дотравливанием, как правило, не удается ликвидировать эти перемычки. Поэтому такой брак можно устранить только повторной фотолитографией.

Для травления пленок золота применяют смесь концентрированных соляной НС1 и азотной NHO3 кислот в соотношении 3: 1 (царскую водку), а также травитель, состоящий из йодистого калия KI, иода I2 и воды в соотношении 4: 1: 1.

Для травления пленок серебра используют травитель, в который входят нитрат железа Fe (NO3) 2, раствор йодистого калия KI и иода I2 в воде.

Для травления пленок молибдена применяют состав из ферроцианида калия, серной и азотной кислот либо смесь ортофосфорной, азотной и уксусной кислот.

Для травления пленок тантала используют смесь нитрата железа, концентрированной плавиковой и азотной кислот, а пленки нихрома травят в соляной кислоте.

В полупроводниковых ИМС высокой степени интеграции электрические соединения часто выполняют в виде многослойной металлизации - двойных проводящих cлое в (например, молибден - золото, титан - алюминий). В этом случае рельеф вытравливают с помощью селективных тра-вителей последовательно в двух различных составах: в первом вытравливают пленку верхнего слоя, а во втором - нижнего.

Так, для получения рельефа в двухслойной системе молибден - золото; в которой нижний молибденный слой имеет толщину 0,2 мкм, а верхний - слой золота - 0,4 мкм, подложки последовательно обрабатывают в травителях для золота и молибдена. В травитель для золота входят этиленгликоль, йодистый калий, иод и вода, а в травитель для молибдена - этиленгликоль, азотная кислота и хлорное железо.

Основными параметрами режима травления, от которых зависят как его скорость, так и воспроизводимость размеров получаемых рельефов, являются время травления, температура и концентрация травителя. Так, с повышением концентрации травильной смеси и Температуры скорость травления растет. Увеличение времени травления приводит к боковому подтравливанию рисунка, причиной которого может быть также рост температуры травителя.

Удаление слоя фоторезиста. Для удаления фоторезистивной маски подложки обрабатывают в горячих органических растворителях (диметилформамиде, метилэтилкетоне, моноэтаноламине и др.). При этом слой фоторезиста разбухает и вымывается. Скорость и чистота удаления фоторезиста зависят от степени его, задубливания при второй термообработке.

При высоких температурах задубливания (более 140 - 150 °С) в слое фоторезиста происходят термореактивные превращения, в результате которых он теряет способность растворяться в органических растворителях. В этом случае подложки два-три раза кипятят по 5 - 10 мин в концентрированной серной, азотной кислоте или смеси Каро (серная кислота и перекись водорода). Слой фоторезиста при этом разлагается и растворяется в кислоте, а затем его окончательно удаляют в органическом растворителе. Кислотное удаление фоторезиста нельзя применять при фотолитографии по металлу.

Некоторые фоторезисты хорошо удаляются в водных растворах поверхностно-активных веществ, например кипячением 5 - 10 мин в 30% -ном растворе синтанола.

Интенсивность удаления слоя фоторезиста можно увеличить ультразвуковым воздействием. Для этого ванночку с подложками, заполненную реагентом, помещают в ультразвуковую ванну с деионизованной водой. Время обработки при этом уменьшается в 10 - 20 раз.

Для удаления позитивных фоторезистов, температура сушки которых не превышает 95 °С, подложки предварительно облучают ультрафиолетовым светом. При этом ортонафтохинондиазиды превращаются в инденкарбоновые кислоты, которые легко удаляются в органических растворителях.

После химического удаления слоя фоторезиста подложки тщательно очищают от его остатков, которые могут отрицательно сказаться на таких последующих технологических операциях, как диффузия, окисление, нанесение металлизации и др. Кроме того, необходимо качественно очищать поверхность подложек от загрязнений, вносимых при фотолитографии.

Химическую обработку проводят на установках, входящих в комплекс универсального оборудования, предназначенного для очистки подложек перед первым окислением, травления оксидных металлических и полупроводниковых пленок, а также удаления слоя фоторезиста и последующей гидромеханической отмывки подложек деионизованной водой. Все эти операции проводят во фторопластовых ваннах, снабженных нагревателями и эжекторами для откачки реагентов после окончания технологического процесса.

Несмотря на широкое использование, химические жидкостные методы обработки (травление технологических слоев и удаление фоторезиста) имеют ряд недостатков, основными из которых являются невысокая разрешающая способность и изотропность процессов травления, трудность их автоматизации и - появление загрязнений на поверхности подложек, что ограничивает возможности фотолитографии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. Учебник для ВУЗов - М; Радио и связь, 2007 - 464 с: ил.

2. Технология СБИС. В 2 кн. Пер. с англ. /Под ред. С. Зи, - М.: Мир, 2006. -786 с.

3. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. - М.: Радио и связь, 2001. -528 с.

4. Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС. -Мн.: Выш. шк., 2000. -238 с.