Электрохимические покрытия.

Рис. 8.1. Конструктивная (а) и электрическая (б) схе­мы электролитической ван­ны и график падения напря­жения между клеммами электродов (в):

1 – ванна; 2 – анод; 3 – элект­ролит; 4 – осаждающаяся плен­ка; 5 – катод

Процессы на катоде:

Cu²⁺ + SO₄^2- + 2е = Cu₀ + SO₄^2-

Процессы на аноде:

Cu₀ + SO₄^2- = Cu²⁺ + SO₄^2- + 2е

d = qIt/S,

где d – толщина пленки,

 – выход металла по току,

q – электрохимический эквивалент,

I – ток,

t – время осаждения;

 – плотность металла,

S – площадь.

Выбор вида покрытий и электролита для его получения следует производить с учетом покрываемого материала и требований к получаемым пленкам.

Получаемые пленки: Cr, Ni, Au, Ag, Zn, Sn-Pb,Cu/

Для получения пленок оксидов алюминия и тантала применяют анодное окисление.

Рис 8.2. Схематическое изобра­жение структуры анодно-окисного покрытия

Электрохимические методы применяют также для электрохимического полирования кремния и металлов.

Химические методы жидкостного травления.

Травление полупроводников и их окислов, диэлектриков, металлов и их окислов. Закономерности травления. Скорость травления, селективное травление, локальное травление. Анизотропное травление. Термодинамика анизотропного травления. Возможности анизотропного травления. Растворы травителей.

Травление кремния

Для травления кремния используют изотропное и анизотропное травление. Анизотропные травители травят кремниевую подложку в направлениях <100> и <110> с более высокой скоростью, чем в направлении <111>. В большинстве случаев анизотропные травители представляют собой многокомпонентные рас­творы, состоящие из окислителя, который окисляет кремний до гидратированного диоксида кремния, и комплексообразователя, предназначенного для того, чтобы в реакции гидратированным диоксидом кремния образовывать раствори­мый комплексный ион и воду.

Изотропные травители травят кремний во всех кристаллографических направ­лениях примерно с одинаковой скоростью. Они используются для травления и хи­мического полирования кремния.

Изменение соотношений составляющих изотропного травителя изменяет ско­рость травления. Например, травитель HF: НМО₈: СН₃СООН«« 1: 40; 15 травит кремний (111). со скоростью 0,15 мкм/мин, кремний (1(Ю)–0,2 мкм/мин, т. е. очень медленно (Т=298 К), Травитель HF : НМО₃: CH₃COOH–1: 3 : 10 (травитель «Даша») отчасти является анизотропным. При 298 К он травит р и п-кремний в направлении <100> со скоростью 130 нм/мин, а в направлении <111>–4,5 нм/мин. Этот травитель травит сильнолегированный кремний р⁺-или п+-типа с концентрацией, большей чем 5-Ю¹⁸ см~³, намного быстрее (~2,5 мкм/мин), чем низколегированный кремний. Его можно считать концен-трационнозависимым. Травитель «Даша» используется для выявления кристаллографических графических дефектов в кремнии (111).

В табл. 9.17 приведены характеристики изотропных и анизотропных травителей.

Анизотропное травление кремния. В технологии микроэлектронных устройств широко используется AT кремния.

Кремний с ориентацией (100). Плоскость (100) является единст­венной из главных плоскостей, при пересечении которой плоскостями (110), (111), (100) и (211) образуются фигуры с прямоугольной симметрией. Поэтому этой плоскости отдается предпочтение при создании приборов, которые изго­тавливаются с использованием методов AT. Плоскость (100) пересекается че­тырьмя плоскостями (111) под углом 54°44' (54*74'). При ориентации сторон окна вдоль направления [110] или перпендикулярно ему (параллельно следу плоскости (111)) получаются фигуры травления пирамидальной формы с боко­выми стенками, ограниченными плоскостями (111), и дном, ограниченным плос­костью (100).

Анизотропные травители растворяют кремний в плоскости (100) до тех пор, пока травление не дойдет до плоскостей {111}, начинающихся у края окна в пленке SiO2 и встречающихся так, что они образуют V-образный профиль. Глубина V-образной канавки зависит от ширины окне на пластине кремния, полученного с помощью ФЛ. Травление прекращается, когда участки плоскостей {100}, выходящие на поверхность, стравливаются. Ре­гулируя время травления, можяо изменять профиль канавки трапецеидального до V-образного.

На рис. показана форма лунок, анизотропно вытравленных в кремнии (100) через окна различной геометрии в маскирующей пленке. Если травление по времени достаточно, то лунка на поверхности кремния представляет собой прямоугольник, ограниченный окном в маскирующей пленке. Вытравленные лунки ограничены четырьмя сходящимися плоскостями {111}. каждая из которых об­разует угол 54°74' (arctg ) с поверхностью (110).

Рис. 8.5 Формы канавок, получае­мые с помощью AT на кремнии ориентации (100)

Рис. 8.6. Поперечное сечение V-об­разной канавки

Рис. 8.6. Конфигурация профилей:

а – при травлении в 30%:ном растворе КОН для канавок шириной 10 и 30 мкм; 15 и 75°; 30 и 60°; 45°; 0...90° в кислотном травителе (1–5 соответственоно); б, в — изменения профиля травления в времени для Θ=0, 90 и 45°

Таблица 8.5 Характеристики травитедей для кремния

Тип	Состав	Скорость травления, мкм/мин	Плоскость	Примечание
Изотропный	H3PO4:HNO3:СН3СООН	5	(111)	-
Концетрационнозависимый	H3PO4:HNO3:СН3СООН	3	(100)	Медленное травление
Изотропный или ориентационнозависимый	КОН: пропиловый спирт: Н2О	1	(100)	Т=353 К; в направлении <111> скорость уменьшается 100 раз, процесс прекращается на границе с р++-областью
Анизотропный	КОН: Н2О	8	(100)	Т=353 К; в направлении <110> скорость в 600 раз больше, чем в направлении <111>
Анизотропный концетрационнозависимый	Этилендиами: пирокатехин: вода (гидразин)	1,1	(100)	Т =373 К; травление прекращается на границе раздела с р++-областью; травление SiO2 очень замедленное

Металлизация путем химического осаждения и парогазовой смеси

Идея метода Проводится химическое осаждение пленок из парогазовой смеси в реакторе пониженного давления. В технологии СБИС этим способом в основном наносят пленки тугоплавких металлов, таких как W, Mo, Ta, Ti.  Данные материалы используются как в качестве самостоятельных покрытий, так и как составную часть при формировании пленок силицидов, например, WSi₂.

Реакции, лежащие в основе процесса металлизации, следующие: 2MoCl₅+5H₂2Mo+10HCl (T= 800 C) 2TaCl₅+5H22Ta+10HCl (T= 600 C) TiCl₄+2H₂Ti+4HCl (T= 500 C)

Нагрев происходит в реакторе с горячими или холодными стенками. В последнем случае проводят ВЧ нагрев подложек с подложкодержателем, а стенки реактора охлаждают. В реакторе с горячими стенками реакционная труба помещается в печь.

Схема реактора приведена на рисунке.

1 - газораспределительная система, 2 - система сброса газов, 3 - печь, 4 - подложки, 5 - реактор, 6 - выход к насосу, 7 - вентили, 8 - измерители расхода газа.

Преимущества метода

• хорошее качество пленки, воспроизводящей рельеф поверхности подложки;

• возможность нанесения пленок на относительно большое количество подложек одновременно;

• простота оборудования.

Недостаток метода

- невозможность получения качественных пленок алюминия.

Плазмохимическое травление

Основано на химическом разрушении технологического слоя, нане­сенного на подложки, ионами активных газов и радикалов, образующихся в газоразрядной плазме. В качестве рабочего газа обычно используют такие галогеносодержащие газы, каэс CF₄, C₃F₈, CHF₃ и СС1₃, радикалы которых активно участ-вуют в процессе травления. Под воздействием ВЧ-плазмы об­разуются активные радикалы, например фтора:

CF₄  CF₂ + 2F⁺

которые вступают во взаимодействие с обрабатываемым технологическим слоем, например пленкой кремния, его диоксида или нитрида:

4F⁺ + Si  SiF₄↑

4F⁺ + Si02  SiF4↑t + 0₂↑

2F⁺ + Si3N₄  3SiF₄↑t + N₂↑

Рис.8.5. Схема плазмохимического высокочастотного травления:

1 – подложкодержатель, 2 – эмиттер электронов (нейтрализатор), 3 – источник ионов, 4 – анод, 5 – ионы активного газа, 6 – темное пространство, 7 – подложка, 8 – катод

Плазмохимическое травление может протекать при хаоти­ческом воздействии активных частиц, но лучше, чтобы они имели направленное движение, при котором про­цесс становится анизотропным и практически не возникает клин травления. Чтобы происходило анизотропное травление, давление в реакторе должно быть не более 10 Па. При этом в рабочий газ добавляют небольшое количество Водо­рода.

Недостатками плазмохимического травления являются трудность контроля клина травления.