2. Анизотропное жидкостное травление

Анизотропное жидкостное травление имеет различную скорость химических реакций в разных кристаллографических направлениях.

Анизотропия количественно характеризуется отношением скорости травление в плоскости параллельной поверхности пластины к скорости травления в других направлениях.

Скорость реакции для монокристаллического кремния минимальна в направлении [111], поскольку в перпендикулярной к нему плоскости 111 плотность атомов максимальная. Плоскость 100 характеризуется значительно меньшей плотностью атомов, и скорость реакций в направления [100] в 10...30 раз больше. При использовании специальных анизотропных травителей скорость травления оказывается разной в разных направлениях, и боковые стенки канавок приобретают определенный рельеф. Пример рельефа канавки при травлении в плоскости 111 показан на рис. 2. Окна в маске имеют прямоугольную форму. Стороны прямоугольника ориентированные по направлениям [011], которые параллельны плоскостям 111 . После травления образуется канавка, боковые стенки которой имеют ориентацию 111 , то есть перпендикулярны направлению, которому соответствует наименьшая скорость реакции.

Рисунок 2 – Анизотропное травление кремния: а - в плоскости 100 ; б - в плоскости 011

После того, как канавка станет V-образной, травление резко замедляется (практически останавливается), так как дальше оно возможно лишь в направлениях [111].

Углы, под которыми вытравливаются боковые стенки канавок, строго определены и их можно рассчитать. Угол  между стенками около 70. Глубина канавки определяется размерами отверстия в маске W₀ и составляет приблизительно 0,7W₀.

Анизотропия , а селективность ,

где , - скорость травления в направления [100] и [111] соответственно;

- скорость травления маски SiО₂.

Стенки канавки выходят вертикальными, если поверхность кремния SiО₂ имеет ориентацию 011 (рис. 2).В этом случае стенки канавки имеют ориентации 111 . Отсутствует явление подтравливания. Таким образом, можно формировать канавки шириной менее 1 мкм и глубиной около 10 мкм.

3. Сухое анизотропное травление.

Повышение степени миниатюризации микросхем привело к необходимости формирования на поверхности полупроводниковых пластин элементов с субмикронными размерами. Методы жидкостного травления не обеспечивают требуемого для этих целей разрешения. Это послужило стимулом к развитию различных ионно-плазменных методов.

Под термином «ионно-плазменное травление» принято понимать процесс контролируемого удаления материала с поверхности обрабатываемой пластины под воздействием ионов низкотемпературной плазмы в среде инертных газов или в среде, содержащей активные газы.

Этот вид обработки поверхности производят в вакуумной установке в плазме газового разряда. Различают

ионное травление,

плазмохимическое травление

и реактивное ионное травление.

Важнейшим преимуществом сухого травления является его анизотропия: травление идет преимущественно в вертикальном направлении, в котором двигаются частицы. Размер вытравленной области соответствует размеру отверстия в маске. На рис. 3 показано травление слоя диоксида кремния через маску фоторезиста. Процесс позволяет получать отверстие в слое SiО₂ меньших размеров, чем при жидкостном травлении.

Фоторезист

Рисунок 3 – Анизотропное травление маскирующей пленки SiО₂

Количественно анизотропия оценивается отношением скоростей травления в вертикальном и горизонтальном направлении.

Ионное травление основано на физическом распылении материала при бомбардировке его ионами инертных газов. Ионное травление практически не селективно. Под воздействием ионов материал маски также разрушается (распыляется). Это затрудняет локальную обработку. Ионное травление применяется в основном для очистки поверхности от загрязнений любого вида. Скорость травления низкая (0,1...1 нм/с).

Плазмохимическая обработка применяется для очистки поверхности кремниевых пластин, плазмохимического травления диэлектрических и металлических слоёв, снятия фоторезиста и формирования диэлектрических слоёв.

Это обеспечивает низкую дефектность и высокую воспроизводимость параметров процессов, особенно точность воспроизведения геометрических размеров элементов и их минимальную величину.

Плазмохимическое травление основано на химическом взаимодействии активных частиц плазмы (ионов, атомов, молекул) с материалом. Плазмохимическое травление происходит в плазме высокочастотного газового разряда. На поверхность пластин попадают ионы с маленькими энергиями и нейтральные химически активные атомы и молекулы. В отличие от ионного травления данный метод отличается высокой избирательностью (селективностью) травления. Его можно применять для масок толщиной 0,1 - 0,3 мкм, так как эффект физического распыления практически отсутствует (энергия ионов не превышает 100 эВ). Химический механизм травления обусловливает наличие боковой скорости травления. Анизотропия в этом случае маленькая (2...5), но обеспечивается высокая избирательность (до 50) и скорость травления 2..10 нм/с. Номенклатура используемых газов для плазмохимического травления довольно широка. Например, для травления кремния используют смеси фторсодержащих или хлорсодержащих газов с кислородом, водородом или азотом.

Реактивное ионное травление (метод ионно-химического травления) является комбинированным методом. Ионная бомбардировка увеличивает скорость химических реакций материала с нейтральными атомами и молекулами. В свою очередь химические реакции ослабляют связи атомов на поверхности и увеличивают скорость распыления. Боковое подтравливание имеет значительно меньшую скорость, чем при плазмохимическом травлении. Все это обусловливает высокую анизотропию процесса (до 100) при хорошей избирательности (до 30) и при довольно высокой скорости (0,3...3 нм/с).

Таблица 1 – Характеристики различных методов травления

Метод травления	Скорость травления, нм/с	Анизотропия	Селективность
Жидкостное травление		~1	10…100
Ионное травление	0,1…1	~100	1…10
Плазмохимическое травление	2…10	2…5	10…50
Ионно-химическое травление	0,5…3	20…100	5…20