9. Травлення та техніка масок. Йонне та хімічне травлення.

Зазвичай травлення ассоціруется з використанням спеціальних розчинів - травників для загального або локального видалення по-поверхневого шару твердого тіла на ту чи іншу глибину. Дей-ствительно, рідкі травники залишаються головним засобом для досягнення зазначеної мети. Однак у технології мікроелектроники з'явилися й інші засоби, що виконують ту ж задачу. Тому в загальному випадку травлення можна розглядати як не механічні способи зміни рельєфу поверхні твердого тіла.

Класичний процес хімічного травлення полягає в хімічній реакції рідкого травника з твердим тілом з речовинами розчинної сполуки; останнє змішується з травником і надалі видаляється разом з ним. Перехід поверхневого шару твердого тіла в розчин означає видалення цього шару. Однак, на відміну від механічного видалення, травлення забезпечує набагато більшу прецизійність процесу: травлення відбувається плавно - один мономолекулярний шар за іншим.Підбираючи травник, його концентрацію, температуру і час травлення, можна досить точно регулювати товщину шару, що видаляється.

Для більшої рівномірності травлення і видалення продуктів реакції з поверхні, ванночку з розчином обертають у похилому положенні (динамічне травлення) або вводять у розчин ультра-звуковий вібратор (ультразвукове травлення).

Звичайно, травлення підпорядковується законам фізичної хімії, але в реальних умовах є стільки привхідних обставин, що рецептура травників для кожного матеріалу підбирається не розрахунковим шляхом, а експериментально.

Характерною особливістю локального травлення (через захисну маску) є так зване подтравлення. Він виражається в тому, що травлення йде не тільки в глиб пластини, але і в сторони - під маску. У результаті стінки витравленого рельєфу виявляються не зовсім вертикальними, а площа поглиблення - дещо більше площі вікна в масці.

Рис. 6.10. Локальне травлення кремнію: а - ізотропне; б - анізотропне

За останні роки розроблені і широко використовуються методи так званого анізотропного травлення. Ці методи засновані на тому, що швидкість хімічної реакції, що лежить в основі класичного травлення, залежить від кристалографічного напрямку. Найменша швидкість властива напрямку [111], в якому щільність атомів на одиницю площі максимальна, а найбільша - напряму [100], в якому щільність атомів мінімально. Тому при використанні спеціальних анізотропних травниківи швидкість травлення виявляється різною в різних напрямках і бічні стінки лунок набувають визначений рельєф - огранювання. Приклад огранювання при травленні в площині (100) показаний на рис. 6.10, б. Як бачимо, в даному випадку травлення йде паралельно площинам (111), оскільки в напрямків [111], перпендикулярному цій площині, швидкість травлення набагато менше, ніж в інших напрямках.

Кути, під якими витравлюються бічні стінки лунок, суворо визначені і піддаються розрахунку [наприклад, на рис. 6.10, б кут між площинами (100) і (111) складає 61,5 °]. Тому разом з методом масок метод анізотропного травлення дає розробнику ІС можливість проектувати рельєф отворів не тільки по площині, але і по глибині.

Той факт, що площина (111) як би «непроникна» для травлення, забезпечує ще одна перевага анізотропного травлення: якщо краї вікон в масці орієнтовані по осях (100), то відсутнє явище підтравлювання, властиве ізотропному травленню (рис. 6.10, а). Відповідно при анізотропному травленні зовнішні розміри лунок можуть практично збігатися з розмірами вікон у масці.

Електролітичне травлення відрізняється тим, що хімічна реакція рідини з твердим тілом і утворення розчинного з’єднання відбуваються в умовах протікання струму через рідину, причому тверде тіло грає роль одного з електродів – анода. Значить, тверде тіло в даному випадку має володіти достатньою електропровідністю, що , звичайно, обмежує коло використовуваних матеріалів. Перевагою електролітичного травлення є можливість регулювати швидкість травлення шляхом зегулювання струму в колі і припиняти процес шляхом його обриву.

Так зване іонне травлення (один із специфічних процесiв в мікроелектроніці) не пов'язано з використанням рідин. Пластина кремнію розташовується в розріджений простір, в якому, неподалік від пластини, створюється тліючий розряд. Простір тліючого розряду заповнено квазінейтральною електронно-іонною плазмою. На пластину, порівняно з плазмою, подається достатньо великий негативний потенціал. У результаті зитивні іони плазми бомбардують поверхню пластини і шар за шаром вибивають атоми з поверхні, тобто травлять її. Аналогічним способом досягається очищення поверхні від забруднень – іоннне очищення.

Іонне травлення, як і хімічне, може бути загальним і локальним. Безсумнівною перевагою локального іонного травлення є відсутність підтравлення під маску: стінки витравленого рельєфу практично вертикальні, а площі заглибин рівні площі вікон у масці,

Загальна перевага іонного травлення є в його універсальності (не вимагається індивідуального копіткого підбору травників для кожного матеріалу), а загальний недолік - в необхідності дорогих установок і значних витратах часу на створення в них потрібного вакуму.