Реферат: Жидкостное химическое травление
Характерными признаками процессов, контролируемых скоростью химической реакции [уравнение 24], являются:
1) зависимость скорости реакции от концентрации травителя;
2) отсутствие зависимости скорости от перемешивания;
3) энергия активации составляет 8-20 ккал/моль.
Жидкостное травление.
При жидкостном травлении металлов происходят окислительно-восстановительные реакции, а в случае неорганических оксидов - реакции замещения (кислотно-основные).
Травление SiO2 .
Амфорный или плавленый кварц,- это материал, в котором каждый атом кремния имеет тетраэдрическое окружение из четырех атомов кислорода. В стеклообразных материалах могут сосуществовать как кристаллическая, так и аморфная фазы. Напыленный кварц представляет собой аморфный SiO2 из тэтраэдров SiO4 . В процессе реакции травления элементарный фтор может легко замещать атом О в SiO2 , так как фтор обладает меньшим ионным радиусом (0.14 нм), чем Si¾O (16 нм). Энергия связи Si¾F в 1.5 раза превышает энергию связи Si¾O. Ниже перечислены основные достоинства аморфных пленок SiO2 , применяемых в полупроводниковой электронике:
1) хорошая диэлектрическая изоляция;
2) барьер для ионной диффузии и имплантации;
3) низкие внутренние напряжения;
4) высокая степень структурного совершенства и однородности пленки;
5) использование в качестве конформных покрытий, включая и покрытия ступенек;
6) высокая чистота, однородная плотность и отсутствие сквозных пор.
Аморфный SiO2 различных типов получают методами химического осаждения из паровой фазы, распыления, окисления в парах воды.
Из-за внутренних напряжений оксиды, осажденные различными способами, имеют различия в строении ближнего порядка, которые влияют на скорость травления (табл. 3).
Таблица 3. Скорости травления SiO2 в буферном растворе (7;1) HF.
Метод получения оксида | Относительная скорость травления (мкм/мин) |
|
Термоокисление в парах воды1) Анодный рост Пиролитический Распыление Легированный оксид | 1.0 8.5 3-10 0.5 3-5 |
1) Примерно 0.1 мкм/мин (20о С).
Травление SiO2 в водном растворе HF через фоторезистную маску протекает изотропно благодаря эффекту подтравливания, который усиливается частичным отслаиванием резиста. Почти анизотропные вертикальные профили могут быть получены при использовании твердой и свободной от напряжений масок из Si3 N4 (рис. 9). Косые кромки получают при использовании 30:1 (по весу) раствора NH4 F в HF. Ухудшение адгезии резиста или, наоборот, его хорошее сцепление (Si3 N4 ) с поверхностью SiO2 может привести к возникновению трех различных профилей травления. Химия травления SiO2 включает нуклеофильное воздействие фторидных групп на связи Si¾O. В буферном растворе HF (7 частей 40-процентной NH4 F к одной части концентрированной HF) доминируют два типа частиц:
Рис. 9. профили полученные при использовании жидкостного травителя 6:1 NH4 /HF с различными масками: а-маска Si3 N4 ; б-фоторезистная маска. В случае (в) травление в смеси 30:1 NH4 F/HF проводилось через маску фоторезиста.
HF ¾k1 ® H+ + F- , k1 =10-3 , (28)
HF+F- ¾k2 ® HF- 2 , k2 =10-1 . (29)
Основной частицей в буферном растворе HF является HF- 2 . Эта система чувствительна к перемешиванию и, скорее всего, является диффузионно-контролируемой. На рис. 10 показана линейная зависимость скорости растворения от концентрации HF- 2 и HF. Таким образом, скорость уменьшения толщины SiO2 равна
d(SiO2 )/dt=A(HF)+B(HF- 2 )+C, (30)
где А, В и С - постоянные, при 250 С равные 2, 5 и 9.7 соответственно.