1.3.4.3. Маскирующие покрытия при анизотропном травлении
Маскирующим материалом при анизотропном травлении являются пленки SiO2. Устойчивость пленки SiO2 в щелочном растворе зависит от концентрации КОН. Превышение 40%-ной концентрации травителя приводит к резкому увеличению скорости травления диоксида кремния, а при стравливании последнего – к потере четкого микрорельефа на подложке. Для правильного выбора толщины пленки оксида необходимо знать некоторое критическое значение толщины пленки SiO2. При оптимальной концентрации щелочного травителя (КОН : Н2О) скорость травления SiO2 0,01; Si {100} 3,2; Si {110} 4 мкм/мин.
Щелочные травители воздействуют на маски из алюминия. Практически не травятся в щелочи пленки нитрида кремния. При травлении сквозных отверстий в толстых пластинах кремния (500мкм) в качестве маски используют Si2N4 толщиной около 0,1 мкм. Аминопирокатехиновые смеси позволяют использовать в качестве масок не только диоксид кремния, но и ряд металлов Al, Ag, Au, Cu и др.
1.3.4.4. Качество вытравливаемого рельефа
Процесс травления кремния оценивают по скорости травления плоскости (100) или (110), качеству поверхности боковых стенок и дна, угловому и боковому подтравливаниям, которые зависят от состава травителей, температуры травления и времени. На качество поверхности дна с ориентацией (100) влияют: образование четырехгранных пирамидок с боковыми гранями (111); образование волнообразной поверхности (рис. 4).
Рис. 4. Дефекты на дне (100) V-канавки.
Появление пирамидок обусловлено дефектами на поверхности исходного материала, которые травятся с меньшей скоростью по сравнению с плоскостью (100), а также химической реакцией процесса анизотропного травления, сопровождающейся образованием диоксида кремния с последующим его разложением, что приводит к образованию бугорков.
Нарушения волнообразного типа на поверхности (100) могут возникать, когда не принимаются меры к предотвращению неоднородности состава травителя. Это явление имеет место при недостаточном просушивании пластин кремния перед анизотропным травлением, а также при плохом перемешивании раствора. Поэтому перед травлением пластины должны быть тщательно очищены и высушены.
При локальном анизотропном травлении кремния особо остро стоит вопрос об искажении формы элементов на фотошаблоне. Различают боковое и угловое растравливание заданного рельефа. Уменьшение растравливания достигается подбором состава травителя, точной ориентацией рисунка относительно выбранного кристаллографического направления. Для кремния ориентации (100) геометрия окна вытравливаемого в пластине должна быть прямоугольной или квадратной, стороны должны быть ориентированы параллельно или перпендикулярно направлению [110]. Для кремния (110) рисунок должен быть шестиугольным (ромб, параллелограмм), стороны которого должны располагаться параллельно или под углом 70° к направлению [111].
При ориентации исходной пластины (110) и направлении рисунка изолирующих областей параллельно плоскостям {111} можно получить канавки с вертикальными стенками при очень малом растравливании (скорость бокового растравливания не превышает 3% от скорости травления в глубину).
Разориентация окна в оксидной маске сопровождается увеличением размера вытравливаемой лунки в подложке Si. Растворение кремния продолжается до тех пор, пока фронт травления не достигнет ближайших {111} плоскостей, ограняющих окно.
Следует отметить, что геометрия поверхности, создаваемой изотропным травлением, будет зависеть от геометрии первоначальной поверхности.