Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата



Жидкостное травление металлов включает в себя многие электрохимические процессы. Химическая реакция вызывает протекание тока, причем металл является анодом

M ® Mn+ + ne.     (38)

Большинство металлов покрыто естественным окислом. Для удаления этого пассивирующего слоя добавляется вспомогательный травитель.

Известно большое число различных неорганических окислителей. Наиболее простые содержат Н+. Основная задача химика-технолога заключается в выборе подходящего окислителя, удовлетворяющего требованиям термодинамики:

DF = -nФDЕ,     (39)

где DF - свободная энергия, DЕ - разность потенциалов окисления и восстановления (табл. 8).

Таблица 8. Металлы и окислители.

Металл	Окислитель	Металл	Окислитель
Al	F2	Sn	Br2
Zn	H2O2	Cu	HNO3
Cr	MnO4-	Ag	Fe2+
Ni	Cr2O72-	Au	I2

Жидкостное травление Al изотропно и сопровождается уходом края профиля травления (рис. 1) на 1-2 мкм. Воспроизводимость размеров при травлении партии пластин составляет ±1 мкм. Структуры обычно перетравлены, так как металлические пленки содержат дефекты - зерна, преципитаты, а также подвержены напряжениям.

Металлы при контакте друг с другом изменяют свой электрохимический потенциал [см. формулу (38)] (гальванический эффект), что ускоряет их собственное травление и ведет к сильному подтравливанию нижележащего металлического слоя. Например, слой Al в NaOH стравливается сам по себе за 7 мин. При контакте с Pt/Au его травление оканчивается через 1 мин.

Травители для алюминия.

Травление алюминия проводится в щелочной или кислотной среде. Широко применяется травитель, состоящий из концентрированной H3PO4 (76%), ледяной уксусной кислоты (15%), концентрированной азотной кислоты (3%) и воды (5%) по объему. Согласно исследованиям, процесс состоит из двух стадий - формирования Al3+ и образования AlPO4, контролируемых скоростями соответствующих реакций:

Al2O3 ѕмедленно® Al ѕ-3еHNO3® Al3+ ѕбыстро®
ѕбыстро® Пленка ѕмедленно® Растворимый AlPO4.         (40)

Вода в фосфорной кислоте препятствует растворению Al2O3, но она способствует растворению вторичного продукта AlPO4. Сила тока пропорциональна скорости травления. Если ток приложен к алюминию, то отмечается анизотропия травления.

Энергия активации травления Al в H3PO4/HNO3 равна 13.2 ккал/моль, что предполагает ограничение процесса скоростью растворения Al2O3 в H3PO4. Выделяемый газ есть смесь Н2, NO и NO2. Адсорбция газов на поверхности Al является постоянной проблемой при использовании вязких травителей. Пузырьки способны замедлять травление - под ними образуются островки недотравленного металла, которые могут замыкать близко расположенные проводники.

Рис. 17. Образование пузырьков во время жидкостного травления пленки железоникелевого сплава. Преимущест-венная адсорбция газообразных продуктов на боковой стенке ограничивает боковое подтравливание.

Неожиданным примене-нием адсорбции пузырь-ков явилось ее исполь-зование для сглаживания краев профиля при травлении железонике-левых пленок в HNO3 (рис. 17). Как только начинается процесс трав-ления, пузырьки окиси азота собираются вдоль боковой кромки. Адсор-бированный промежуточ-ный продукт NO2 действует как сильный окислитель при травлении металла, и травление в боковом направлении ускоряется. Адсорбция газов на боковой стенке (рис. 17) использовалась также для снижения бокового подтравливания Al при его травлении в Н3РО4. Снижение давления в камере травления с 105 до 103 Па приводило к уменьшению подтравливания с 0.8 до 0.4 мкм. В результате адсорбции мелких пузырьков водорода на боковой стенке на ней образовывался эффективный диффузионный барьер.

Для снижения бокового подтравливания Al с 1.0 до 0. 25 мкм было предложено несколько травителей (табл. 9), содержащих добавки сахарозы (полиспирта) и ПАВ.

Таблица 9. Травители для алюминия.

Травитель	Резист1)	Применение
1. Na3PO4, Na2CO3, K3FeCN6	ДХН, АК	Уменьшение подтравливания до 0.5 мкм
2. K3FeCN6	АК	Минимизация количества пузырьков
3. H3PO4, HCLO4, H2O, ПАВ	ДХН,АК	Уменьшение подтравливания
4. H3PO4, HNO3, ПАВ, сахароза	АК	Подтравливание 0.25 мкм
5. HCl	АК	Все гальванически осажденные металлы, включая Al;
6. HCl, HNO3, Cu(NO3)2		травление распылением электролита, устранение подтравливания
7. Щелочь, изопропанол		Устранение неоднородности травления Al/Cu
8. ДНХ-проявитель		Универсальный травитель Al разрушается при достаточной концентрации проявителя

1) АК - циклокаучук с азидами, резисты типа KTFR; ДХН - новолак с хинондиазидами, резисты типа AZ-1350.

Некачественно травление Al обусловлено несколькими факторами :

недопроявленный резист; неравномерность толщины; напряжения в пленках поверх ступенек; гальваническое ускорение травления из-за наличия преципитатов Al-Cu; неравномерность толщины окисла; нестабильность температуры (>±1оС).

Эти факторы приводят к перетравливанию и закорачиванию.

Хром является вторым после алюминия металлом, наиболее часто подвергающимся травлению. Он широко используется при изготовлении фотошаблонов. В качестве травителя используется сульфат церия/HNO3.

Вследствие индукционного эффекта (формирования верхнего слоя Cr2O3) травление пленки нелинейно, и поэтому момент окончания травления не может быть определен по ее начальной толщине.

Электрохимическое травление.

Прикладывая потенциал к металлу, покрытому резистной маской, можно перенести рисунок в материал в более мягких травителях, чем при травлении в химически равновесных условиях. Платина, например, обычно травится в горячей царской водке (HCl/HNO3), которая снимает большинство резистов. Подавая потенциал 1.0 В, можно травить платину в разбавленной HСl. В технологии предпочтительнее электрохимические процессы, так как для них точнее определяется момент завершения травления (рис. 18), их легко автоматизировать, применяя оборудование для электроосаждения. Подложки являлись анодом в ячейке, к которой прикладывалось напряжение (рис. 18). Ток ячейки быстро поднимается до пикового значения вслед-ствие поляризации электролита и затем снижается до стационарного значения Iо.

Рис. 18. Автоматизация определения окончания процесса путем контроля тока I при электро-химическом травлении.

Окончание травления сопровождается фиксированным процентным снижением тока. Контактное сопротивление должно быть низким (<1ОмЧсм), чтобы обес-печить точное регулирование требуемой для травления силы тока. Электрохими-ческое воздействие аналогично реактив-ному ионно-лучевому травлению, поскольку ионы движутся направленно.

Практические аспекты жидкостного химического травления.

Практические аспекты жидкостного химического травления (ЖХТ) связаны со статическми и динамическими характеристиками этого процесса, а также с его конечными результатами.

Таблица 10. Аспекты ЖХТ.

Статтистические характеристики	Динамические характеристики	Результаты ЖХТ
Однородность пленки	Разбрызгивание травителя	Подтравливание
Состав пленки	Перемешивание травителя	Проколы
Молярность травителя	Скорость травления	Закорачивание, разрывы
Состав травителя	Эрозия резиста	Допуск на изменение размеров
Размер изображения в резисте	Ослабление адгезии	Селективность
Температура	Момент прекращения травления	Наклон стенок
Объем травителя	Истощение травителя	Изменение размеров

К трем основным переменным процесса жидкостного травления относятся толщина травимого слоя, температура и время обработки. Перемешивание реагента не играет существенной роли в случае ограничения скорости на стадии химической реакции. Скорость большинства процессов жидкостного травления (HF) ограничена скоростью химической реакции. Типичные флуктуации перечисленных переменных могут привести к перетравливанию. Перетравливание или неполное стравливание фатально не столько из-за большого ухода размеров, сколько из-за того, что оно затрудняет проведение последующих технологических операций, например диффузии. Чем толще удаляемая пленка, тем больше уход размеров вследствие подтравливания и тем больше допуск на этот уход.

Проколы уменьшают выходы годных, причем величина этого уменьшения определяется чувствительностью конкретной схемы к размерам, местоположению и плотности дефектов. Травление переводит точечный дефект в резисте в рисунок на подложке. Если максимальный размер проколов по порядку величины сравним с изменением размеров при ЖХТ (0.4-1.0 мкм), то резко возрастает вероятность образования разрывов в сплошных линиях. Другие характеристики травления.

Однородному распределению температуры в ванне с реагентом способствует перемешивание. Ультрафильтрация раствора травителя в процессе ЖХТ счищает реагент от остатков резиста и других твердых частиц, способных блокировать травление. Во избежание загрязнений бачок с травителем должен быть закрыт и изолирован от другого оборудования. Необходимо тщательно подбирать совместимые с реагентом материалы элементов установок, иначе неизбежны загрязнения и утечки. Для определения момента окончания травления и оценки величины перетравливания удобно одновременно проводить травление дифракционных решеток или элементов с меньшим характерным размером, чем в основном изображении. Время жизни реагента можно вычислить по стехиометрии химической реакции. Например, для травления 1 моль SiO2 требуется 6 молей HF. Предположим, что надо обработать 25% площади 100-мм пластины в буферном растворе 2М HF с соотношением компонентов 1:7 соответственно (см. рис. 10). В ванне емкостью 8 литров содержится 16 молей HF.

SiO2 + 6HF ® H2SiF6 + 2H2O.       (41)

Полагаем падение скорости травления на 20% предельным, что соответствует уменьшению концентрации HF также на 20% (рис.10). Для пленки SiO2 толщиной t=0.5 мкм и плотностью r вычисляем количество удаленных молей SiO2:

Моли SiO2 = p r2 t r/ SiO2 = = 3.14(25 см2) 5Ч10-5 см(2.3 г/см3)/60      (42)

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: заключение реферата, текст для изложения.

Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата