Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Травление – один из способов формообразования при изготовлении элементов МСТ

 

Во всем многообразии методов изготовления устройств МСТ травление выделяется своей универсальностью, относительной простотой обработки и возможностью эффективного использования анизотропных свойств обрабатываемого кристалла. Существуют многочисленные варианты реализации травления МКК: оно может быть химическим или электрохимическим, изотропным и анизотропным, в различной степени селективным по отношению как к кремнию, так и к маскирующим материалам. Наряду с применением водных растворов травителей, может использовать плазменное, реактивное и ионно-лучевое травление, которые в настоящем пособии не рассматриваются.

В табл. 3 приведены состав и основные свойства некоторых химических травителей кремния, нашедших широкое применение.

Наиболее популярные из них рассмотрим подробнее. Самым универсальным считается травитель, составленный из этилендиамина, пирокатехина и воды с условным обозначением EDP. Это состав для анизотропного травления, позволяющий получить уникальные геометрические профили. Он высокоселективен, поэтому допускает маскирование различными материалами (SiО2, Si3N4, Gr, Au). Его действие зависит от легирующей примеси в кремнии: он почти не травит кремний с высокой концентрацией бора.

Наиболее простой щелочный травитель – водный раствор КОН – также анизотропен и даже дает более высокие соотношения скоростей травления плоскостей (110):(111). Он удобен для получения канавок на плоскостях (110) с большим отношением глубины канавок к ширине и малым подтравлением под края маски. Его недостаток – довольно высокая скорость травления SiO2, так, что окись кремния не всегда можно использовать в качестве маски и приходится использовать Si3N4.

Травитель на основе кислот фтористоводородной (HF), азотной (HNO3) и уксусной (CH3COOH), условно обозначаемый HNA, очень сложен в применении. Его характеристики сильно меняются от степени легирования кремния, соотношения компонентов и даже степени перемешивания. Этот травитель также активно растворяет маску из SiO2, которую удается использовать только при малых временах травления, а при больших временах прибегать к более устойчивым маскам (Si3N4; Au).

Остальные два травителя, приведенные в табл. 3, являются изотропными.

Не рассматривая механизм травления подробно, отметим только, что в его основе лежат процессы переноса заряда. Поэтому скорость травления зависит от концентрации легирующей примеси в кремнии. В целом следует ожидать, что сильнолегированный кремний травится быстрее, чем слаболегированный. С другой стороны, обнаружена и обратная тенденция: образцы кремния, сильно легированного бором (до 1020 см-3), практически не травятся в EDP и KOH.

Механизм анизотропного травления тесно связан с рассмотренными ранее особенностями кристаллической решетки. Поверхность (111) травится значительно медленнее, чем другие поверхности (отношение скоростей достигает 1000). Это связано с тем, что плотность атомов, заполняющих плоскость (111) в кристалле кремния, наивысшая. Отличается и энергия связи между атомами в разных плоскостях. В то же время такое объяснение является чисто качественным, поскольку отношение плотности заполнения плоскостей атомами находится в пределах 2,5 раз, а отношение скоростей травления составляет порядки.

Рассмотрим характерные примеры профилей, получаемых химическим травлением.

На рис.16 приведены контуры ямок травления, получающиеся как при изотропном, так и при анизотропном тралении МКК при различной ориентации поверхности. Травление производится через квадратные отверстия в маскирующей пленке SiO2 на поверхности кремния. При ориентации поверхности <100> и краев маски в направлении (110) (рис.16,а) вначале образуются ямки пирамидальной формы с усеченной вершиной (плоское дно), которая по мере продолжения травления становится острой (правая ямка). Если отверстие в маске достаточно велико, плоское дно, уменьшаясь по площади, «погружается» в кристалл, так что можно сформировать очень тонкую диафрагму между плоским дном ямки и нижней поверхностью кристалла.

При продолжении травления образуется сквозное отверстие. Ямка ограничена кристаллографическими плоскостями (111), которые всегда являются плоскостями самого медленного травления. При правильной ориентации маски подтравливание под края маски незначительно.

При травлении пластин с ориентацией поверхности (110) (рис.16,б) получаются ямки с вертикальными стенками практически без подтравливания окна, если его границы правильно сориентированы. Здесь вертикальные стенки совпадают с плоскостью (111), устойчивой к действию травителя. Таким образом, можно получить очень длинные и глубокие канавки, в том числе и близко расположенные друг к другу. Даже если поверхность пластины ориентирована не точно, а отклонена от плоскости (110), например, на 100, канавки по - прежнему сформируются, но не с вертикальными, а наклонными на те же 100 стенками, совпадающими с плоскостью (111).

На рис.16,с представлен профиль ямки, получившейся при использовании изотропного травителя с перемешиванием раствора. Дно ямки – полусферическое; имеет место значительное и плохо контролируемое подтравливание под край маски. Если травитель не перемешивается, дно ямки получается практически плоским (рис.16, д).

Рассмотрим пример формирования более сложной структуры (рис.17). Если поверхность кремния имеет ориентацию (100), а отверстие в маске ¾ П-образную форму, то возможно получение следующих профилей травления. При малой скорости травления и жестком контроле окончания процесса травления можно получить профиль ямки, изображенной на рис.17,а. Характерно практически полное отсутствие подтравливания.

При быстром (и достаточно длительном) травлении получаются последовательно профили, изображенные на рис. 17, б,с, для которых характерно сильное подтравливание под маску. В результате может быть получена консольно нависающая над ямкой травления тонкая пластина окисной пленки SiO2.

 

 

       
   
 
 

 

 
 

 

 


 
 

Обратим внимание на тот факт, что при анизотропном травлении ямка травления всегда ограничена плоскостями, соответствующими наиболее заселенным атомам плоским сеткам в структуре кремния. Это может быть использовано, например, для определения кристаллографической ориентации слитка (пластины) кремния по фигурам травления, а также при проектировании масок для получения необходимой формы фигуры травления. Общее правило здесь иллюстрирует рис.17, д. Если достаточно долго травить кремний через окно маски, имеющее произвольную форму, то в итоге получается прямоугольная ямка травления, ограниченная плоскостями (111), ориентированными в направлении (110), причем размеры ямки таковы, что рисунок окна вписывается в результирующий прямоугольник.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Механические свойства монокристаллического кремния | Основные понятия. Математическое моделирование систем управления
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 1233; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.01 сек.