Otvety_na_ekzamenatsionnye_voprosy_OPT_2022 (1)
.pdfЕсли лимитирующей стадией процесса является химическая реакция:
-Зависимость скорости реакции от концентрации травителя;
-Отсутствие зависимости скорости травления от перемешивания;
-Энергия активации составляет 8-20 ккал/моль.
-Селективное травление - травление, в результате которого одно вещество травится эффективнее, чем другое
Для чего может понадобиться травление:
-Удаление поврежденных слоев
-Сглаживание рельефа
-Утоньшение подложки
-Создания рельефа или структур в монокристаллических подложках или плёнках
141
38. Изотропное жидкостное травление кремния.
Изотропное жидкостное травление кремния – двухстадийный процесс, включающий в себя первоначальное окисление кремния двуокисью азота, образующейся из азотной кислоты, до оксида кремния с последующим травлением оксида кремния плавиковой кислотой с образованием гексакремниевой кислоты. Добавление уксусной кислоты позволяет снизить скорость образования гексакремниевой кислоты (для непрерывного удаления диокисда кремния) и улучшает пространственную однородность травления.
Качество азотной и плавиковой кислот влияет на профиль пластин травления, поэтому они должны быть отфильтрованы перед началом процесса.
Данные кислоты являются агрессивными, поэтому для их фильтрации необходим специальный фильтрующий элемент, в котором в качестве фильтрующего материала применяется высококачественная мембрана, а
внешний каркас, сердечник, адаптер – из сополимера этилена с трифторхлорэтиленом.
Данный материал характеризуется превосходной химической и термической стойкостью и совместим с плавиковой кислотой в концентрации до 50% при температуре до 150 °С и с азотной кислотой в концентрации до
65% при температуре до 66 °С.
142
39. Ориентационно-чувствительное анизотропное травление.
Данный тип травления происходит в жидкостных травителях,
преимущественно в растворе щелочей.
Данный процесс при маскировании поверхности кремниевой пластины позволяет осуществлять формирование фактически трехмерных структур в объеме пластины, при этом глубина протрава может составлять до 300-400
мкм.
В случае анизотропного травления используется технологическая операция, топологически и объемно согласующаяся с кристаллической структурой. Выбор топологии маски, ее ориентация относительно определенных кристаллографических направлений пластины, подвергаемой травлению, а также выбранные геометрические размеры окон определяют в конечном итоге объемные конфигурации, формируемые в материале.
Необходимость выполнения кинетических условий травления ограничивает допустимое разнообразие поверхностных топологических фигур, т.к. их конфигурация определяет и объемный результат травления
(наклон стенок, глубину травления). Последнее обстоятельство потребовало развития более простых методов получения сложных топологических фигур на различных подложках в условиях развитого глубинного травления.
Ещё одним способом глубинного травления подложек является технология на использовании в качестве подложек фотоситаллов. Фотоситалл
– стеклокристаллический материал, получаемый путем искусственной кристаллизации стекла со светочувствительными добавками, например,
окислами цезия или олова. Фотоситалл обладает высокой механической и термической стойкостью. Под воздействием ультрафиолетового излучения возможно формирование в фотоситалле участков, отличающихся от неосвещенных участков растворимостью в жидкостных травителях.
Экспонируя через фотошаблон фотоситалл, можно, как и на фоторезисте, задавать области с различными скоростями травления.
143
Фотохимическая обработка позволяет получать детали любой формы и отверстия с пространственным разрешением на уровне десятка микрон.
144
40. Плазменное и ионное травление. Классификация методов.
Версия №1.
Различают три основных вида взаимодействия частиц плазмы с
поверхностью материала.
1.Ионное травление, при котором слой материала удаляется только в результате физического распыления высокоэнергетическими ионами газа без химического взаимодействия между ними. Обычно такими ионами являются ионы инертного газа аргона ( +).
2.Плазмохимическое травление (ПХТ), напротив, происходит только в результате химического взаимодействия между активными частицами реакционного газа и поверхностными атомами материала. Причем, если обрабатываемый материал находится в области плазмы разряда, то химические реакции активируются бомбардировкой низкоэнергетическими электронами, ионами, фотонами. Если же плазма отделена от обрабатываемого материала, идет лишь химическое взаимодействие с атомами и радикалами.
3.Ионно-химическое травление или реактивное ионное травление является как бы суммарным взаимодействием первых двух. Поверхностные слои материала удаляются как под действием распыления, так и при химическом взаимодействии с ХАЧ. В этом случае трудно выделить вклад физического или химического механизмов травления. Можно принять условно, что при энергии ионов E < 100 эВ будут преобладать плазмохимические процессы, тогда как с ростом E > 100 эВ возможно преобладание ионнохимических явлений.
Версия №2.
Плазменное травление – пластина находится в плазме или непосредственной близости от нее и обрабатывается всем набором частиц плазмы (возбужденными атомами и молекулами, положительно и отрицательно заряженными ионами, электронами), а также ультрафиолетовым и тепловым излучением плазмы.
145
Ионное травление – пластины находятся вне плазмы и обрабатываются
только ионами, отбираемыми из нее.
146
147
41. Ионно-лучевое травление.
Версия №1.
Ионно-лучевое травление – метод травления полупроводниковых пластин, который осуществляется в результате физического распыления энергетическими ионами инертных газов или ионами, которые химически не реагируют с обрабатываемым материалом. Однако, в отличие от ионно-
плазменного травления, при ИЛТ поверхность обрабатываемого материала не контактирует с плазмой, которая выполняет роль только источника ионов.
Эффективность реализации ИЛТ зависит от оптимального выбора режимов всех составляющих стадий этого процесса, таких как генерация ионов,
распространение пучка ионов в вакууме и взаимодействие пучка ионов с поверхностью обрабатываемого материала.
При распространении ионного пучка в вакууме на ИЛТ влияют длина свободного пробега ионов, объемный заряд и расходимость пучка, состав ионов в пучке. Объемный заряд ионов вызывает расходимость пучка и существенно снижает скорость травления диэлектрических материалов. Для устранения этого эффекта используют нейтрализацию объемного заряда пучком электронов. Кроме объемного заряда расходимость пучка зависит также от конструктивных особенностей источника ионов, их энергии и плотности тока. Расходимость отрицательно сказывается на анизотропии ИЛТ, особенно при обработке неподвижных мишеней.
Процессы ИЛТ обычно реализуются с помощью автономных ионных источников, в качестве которых могут быть использованы источники на базе ускорителей с анодным слоем и на базе ускорителей с замкнутым дрейфом электронов и протяженной зоной ускорения. Для прецизионного травления микроструктур наиболее широкое применение нашли многопучковые ионные источники (МИИ) (рис.4.8.1).
148
В МИИ эмитированные катодом первичные электроны, ускоряющиеся в области катодного падения потенциала, движутся в плазме по спиральным траекториям вдоль магнитного поля и, осциллируя в потенциальной яме между катодом и отражательно-эмиссионным электродом, ионизуют рабочий газ. Благодаря осцилляциям, время жизни электронов и вероятность ионизации ими рабочего газа существенно увеличиваются, в результате чего в стационарном разряде достигается плотность плазмы около 1012 см-3 уже при давлении порядка 10-2 Па и напряжении до 25 В. Отражательно-эмиссионный электрод имеет отверстия, соосные с отверстиями в ускоряющем и замедляющем электродах. Таким образом, все три электрода образуют ионно-
оптическую систему, с помощью которой формируется ионный пучок.
Преимущества ИЛТ:
1.Высокое разрешение процессов, которое в настоящее время ограничено минимальными размерами элементов, получаемыми в органических резистивных масках, а не возможностями самого процесса.
2.Высокая равномерность травления.
3.Хорошая воспроизводимость всех основных параметров процесса травления от цикла к циклу.
149
4. Возможность управления процессом с помощью четырех легко измеряемых и контролируемых параметров (энергии, угла падения ионов,
плотности ионного тока и давления), которые в используемом при ионно-
лучевом травлении диапазоне давлений (10-2 - 10-3 Па) не зависят друг от друга.
5.Универсальность процесса, позволяющая проводить травление практически любого материала.
6.Возможность изменения профиля травления за счет изменения угла падения ионов.
Недостатки ИЛТ:
1. Низкая селективность травления материала относительно маски
(особенно органической).
2.Ограничение скорости травления за счет теплового воздействия ионов на органическую маску.
3.Значительное тепловое и радиационное воздействие на обрабатываемые структуры, ограничивающее применение процесса для изготовления МДП – структур.
4.Переосаждение распыленного материала на боковых Р стенках структур. епозиторий БНТУ 137
5.Образование фасок в плоскостях, соответствующих углам, при которых обеспечивается максимальная скорость травления.
6.Подтравливание и уменьшение толщины слоев на боковых гранях и плоскостях вблизи стенок за счет отражения ионов.
Версия №2.
Реактивное ионно-плазменное и реактивное ионно-лучевое травление представляют собой разновидности травлений, при которых удаление материала происходит как за счёт физического распыления ускоренными ионами химически активных газов, так и в результате химических реакций между ХАЧ и поверхностными атомами подвергаемого травлению материала.
150