Реферат: Жидкостное химическое травление

При травлении диэлектриков переноса электронов не происходит, и реакции в этом случае имеют кислотно-основный характер:

SiO₂ +6HF ®H₂ SiF₆ +2H₂ O, (10)

SiO₂ +CF₄ (газ) ®SiF₄ +CO₂ . (11)

Si¾O-связь заменяется связью Si¾F. Поскольку энергии связей Si¾O и Si¾F близки, знак изменения энтропии определяет, пройдет реакция или нет.

Общие принципы кинетики травления.

Гетерогенные твердофазные реакции затрагивают различные разделы химии, механики и физики. Типичный процесс включает в себя следующую последовательность реакций:

1) перенос реагента;

2) адсорбция реагента DН_ads ;

3) реакция на поверхности DF;

4) десорбция продуктов DН_vap ;

5) перенос продуктов.

Самый медленный этап определяет скорость реакции. В реакциях низшего порядка

Скорость=k нулевой порядок, (12)

Скорость=kE первый порядок. (13)

скорость зависит от концентрации травителя (Е) только в случае реакции первого порядка. При выборе той или иной реакции травления стараются остановиться на процессе с наименьшим количеством параметров и преимущественно линейными скоростями травления. Желательно также иметь возможность изменения анизотропии регулированием физических параметров и высокую селективность процесса (т. е. отсутствие воздействия травителя на резист или слой, находящийся под стравливаемой пленкой). В реакциях нулевого порядка слабое обеднение травителя несущественно. Однако в реакциях первого порядка мы не имеем достаточного избытка травителя, и он может сильно истощиться при загрузке десяти или более пластин. В реакциях простого порядка зависимость толщины стравленной пленки (или логарифма толщины) от времени линейная. Поэтому окончание реакции может контролироваться и точно определяться экстраполяцией.

Рассмотрим механизм переноса для двух основных типов реакций - диффузионно-контролируемых и ограниченных скоростью реакции. Вообще говоря, в процессе травления могут быть вовлечены все три агрегатных состояния вещества:

1) твердая фаза ® скрытая химическая энергия и физическая структура пленки;

2) жидкая фаза ® перенос ионов в жидком диэлектрике, обладающем высокой вязкостью;

3) газообразная фаза ® хемосорбция, рекомбинация, ионизация и средний свободный пробег газовых частиц при пониженном давлении.

Феноменологический механизм травления.

Переход от твердой фазы к жидкой или газообразной

твердая пленка+ травитель ¾k® продукты (14)

зависит от диффузии взаимодействующих веществ

SiO₂ (тв.)+6HF(жидк.) ®H₂ SiF₆ +2H₂ O, (15)

SiO₂ +CF₄ ® SiF₄ +CO₂ . (16)

Пусть r есть соотношение молярных объемов

r=(m/d)/(M/D), (17)

где m и М - молекулярные веса продукта и травителя, а d и D - соответствующие плотности. Тогда, если r>1 (как при травлении стекла), продукт не покрывает полностью твердую поверхность (рис.6). Поскольку продукт не препятствует проникновению травителя, скорость травления определяется скоростью реакции травителя с твердой поверхностью [k в уравнении 14]. Энергии активации при этом порядка 7 - 20 ккал/моль. В случае r<1 травитель не имеет свободного доступа к поверхности и должен диффундировать сквозь барьерный слой (рис. 7) и слой Гельмгольца необходимо учитывать также присутствие электрического поля (рис.5).

Рис. 6. Продукт (Р) не плотно покрывает поверхность, и реагент (R) имеет к ней доступ.