К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 159
Текст из файла (страница 159)
В отличие от пленарной технологии, формирующей преимущественно двумерные микроэлектронные структуры, микропрофнлирование позволяет создавать трехмерные микроустройстаа, которые имеют по всем трем направлениям размеры одного порядка ипи, по крайней мере, часть их элементов размещается на некотором расстоянии от плоскости кремниевой пластины. Дня создания кремниевых трехмерных устройств используются различные методы микропрофилирования, к которым предглвляются следующие требования: возможносп групповой обработки изделий; мюпяе производственные затраты; миниатюрность изделий; точный контроль параметров отдепыпах компонентов и изделии в целом.
Наиболее панно этим требованиям удовлетворяют изотропное и анизотропное травление кремния. Нзатралное травленые. Традиционные нестранные травители дпя кремния вюпочают смесь ллавиковой кислоты НР, азотной кисноты НХОз и уксусной кислоты СНзСООН. Варьирование концентрации этих компонентов, а тахже введение в тратпций раствор различных добавок позволяют изменять скорость травления, шероховатость обрабатьваемой поверхности, степень анизотропностн травления.
'Такие травители широко используются практически без изменений начиная с 60-х годов, они обеспечивают при 20 'С скорость травления 2 - 20 мкм/с. При травлении пластин с ориентацией <100> изотропные трави- тели обеспечивают зеркальную протравленную поверхность с анизотропией формы не более 1 %. Однако применительно к микропрофнлированию кремния изотропное травление имеет рян недостатков. При глубинном травлении трудно выпопюпь точное маскирование формируемых углублений.
Зто объясняется тем, что наиболее часто применяемые дпя маскирования слои диоксида кремния ГИО2 тРавЯтся в изотропных травителях со скоростью, составляющей 2 - 3 % скорости травления кревапи. Поэтому без перехода на другие, более стойкие, ио менее техналогичные маскирующие покрытия глубинное травление изотропными травнтелями иевозм<икно. Во-вторых, даже при использовании более стойких покрытий типа Сг-Ап размерная точность миниатюрных элементов, получаемых в кремнии изотропным травлением, невелика. Зто обьясняется особенностями формирования профиля в кремнии при движении фронта травления (рис. 5.2.47). При толщине кремниевой пластины Т, текущем радиусе фронта травления г, координату х пересечения фронт травнеюи с ограничительной плоскостью можно найти из уравибння (5.2.1) а(х ТйТ г2 Т2 х Из рис. 5.2.47 следует, что г = ч( и Й = чг(Г+ ГгЬ.
ще ч - скорость травпещи; à — время травтения. Поэтому в идеальном случае, когда контроль времени травления ведется точно (г(Г = О) и изменении скорости травления А равны нулю, Й' в уравнении (5.2.1) становится равным нулю и уравнение может быль записано в форме Ь тут ТЯХНОДОГИЯ МИКРОМВХЛНИКИ в) Рве. 5.2.47. Фермвроаааве угатйвеавй а аремввеаей елаегвве иетрааавм траагшмем: а, а — зтапм; в - заамыместь екореств траюмви от глубины Выражение (5.2.2) описывает относительное приращение координаты х профиля травлеюи и, по существу, характеризует степень неопределенности границы фронта травлеюи на ограничивающей плоскости. Для получения заданного размера мембраны желательно, чтобы величина г(х/х была мала. Однако в момент соприкасания фронта травлеюи с ограничивающей плоскостью значение г примерно равно Т и левая часть в (5.2.2) стремится к бесконечности.
Из графика на рис. 5.2.47, в видно, что погрешность положения границы формируемой мембраны становится стабильной лишь при диаметре мембранах значительно превышающем толщину пластины. Это неприемлемо для широкого крута микронзделий, в которых размеры мембран (0,5 — 1 мм) соизмеримы с толщиной кремниевых пластик.
Выше не учитывались значение г(Т, которые предстаюшют собой разнотолщинность пластин и могут составюпь 5 - 10 мкм. Этот фактор еше более затрудняет контроль скорости перемещения границы фронта траююния в горизонтальной плоскости при одновременной обработке партии пластин. Необходимо учитывать, что скорость изотропиого травления зависит от температуры и обычно лимитирована транспортированием плавиковой кислоты к обрабатываемой. поверхности н определяется интенсивностью перемешивания раствора. Это приводит к увеличению Й' и еще более затрудняет контроль вертикальной и горизонтальной сосшвляющих глубинного нзотропного травления.
Для преодоления этих проблем в конце 60-х годов были разработаны методы анизотропного травления. Амюотроллев травление хремллл. Применение анизотро нных травнтелсй позволяет обеспечить точные габаритные размеры прямоугольных мембран и балок. Это объясняется тем, по анизотропные травптели воздействуют на плоокости <111> со скоростью, примерно в 50 раз меньшей, чем на плоскости <100> и <110>. Типовой запполкой в технологии мпкрозлектр они хи яюистся хремниевая пластина ориентации <100>. Воли в маскирующей пленке на такой пластине вскрыть окно и начать травление, то его фронт будет смещаться вниз парвглельно поверхности пластины. Боковые стенки профиля травления будут образовывазъся плоисостями <111>, скорость травления которых мюм по сравнению со скоростью травления плоскости <100>. Плоскости <110> будут травиться со скоростью, соизмеримой со скоростью травлеюи плоскостей <100>.
Поэтому при анизотропном травлении пластин ориентации <100> образуются углубления, стенки которых определены плоскостямн <111> и сходятся под поверхностью пластины под упюм а = 54'45', образуя углубления с характерным Ч-образным профилем (рис. 5.2.48). Рве. 5.2.48. Профана углуйаеавй а аааелаы аремавл ервеюмвав <166>, ымпаеешм аааюгреваым травлеавем 508 Гзаю 5.2. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР Н = Нохс+2Т/-~АМТВ(.
5.2ЛЕ Харавтериепмл авизотренвьш травителей В зависимости ог размеров окна в маскирующем покрытии стенки углубления могут пересекаться меиду собой на глубине И (рио. 5.2.48, а) иви доходить до ограничивюощей плоскости (рис. 5.2.48, 6). В последнем случае образуетоя отверстие ияи тонкая мембрана с размером Н'. Этот размер зависит от размера окна в маскирующем покрытии Нсхс нодтрава под оксид (/и толщины кремюш Т8(. Размеры элементов маскирующего покрыпш на поверхности пластины могут быль получены с помощью фотолитографии о допуском оксло 0,5 - 1 мкм.
Поиграв у = )'<111>(/Зю и, где У<111> и ( - соответственно скорость и время травления плоскости <111>, предстаюшет собой разность моллу размерами окна в оксиде и размерами получаемого отверстия на поверхности кремния Нгзэ Он образуется из-эа того, что скорость У<111> хоть и мала, но при д1ппгльном времени воздействие травителя все зке скаэываегся.
Разнотошцинность пластин, как и при изотропном травлении, также влияет на размеры в плане получаемого элемента. Однако при аниэотропном травлении образование профюш происходит за счет смещения вниз основания углубления со скоростью, равной У<100>. Зто позволяет устранить неопреде ленность границ формируемого углубления при касании фронта траююния и ограничивающей плоскости. Таким образом, при аиизотропном травлении в кремнии образуются углубления с )~ образным профилем, достаточно точно определяющим продольные размеры получаемых отверстий и диафрагм. Анизотропное травление позволяет с достаточной точноспю формировать прямоугольные углубления и выступы в кремниевых пластинах, и поэтому оно широко используется в технологии микромеИмеются некоторые особенности и ограничения применения анизотропных травителей, например, они имеют значительно меньшую скоросп травления, чем изотропные, и даже в направлении плоскости <100> скорость травления обычно не превышает 1 - 2 мкм/мин.
Для достижения такой скорости травители долины быль разогреты до температуры 85 - 115 'С, по затрудняет использование таких традиционных для технологии травления маскирующих материалов, как воок. Как и у иэотропных травителей, скоросп травления в данном случае также сущеспюнно зависит от температуры. Достоинством анизотропных травителей является то, что они мало чувствительны к перемешнванию. Существует три основных анизстропных травителя для кремюш (табл. 5.2.3): едкий кали, раствор этилендиамина и пирокатехина в воде, гидразин. ТВХНОЛОГИД МИКРОМВХЛНИКИ В общем случае химическое травление кремния включает следующие этапы: инжеюирование дырок к границе полупроводник-раопюр и приведение кремния в более высокое энергетическое состояние Я+; соединение Я+ с пщрооксидными труп лами ОН, имеющимися в растворе. Исходная поверхность кремния покрывается ето гидратированным оксидом, образующимся за счет хемосорбции ионов ОН", реаклню гидратированното кремюи с комплексообразующими компонентами раствора.
Малая энергия связи Я - Я облезчает диссоцнацню и придает молекулам высокую химическую активность: ! ! ! ! — 51 — Я вЂ” +Н,О~ — Я вЂ” Н+ — Я вЂ” ОН. ! ! ! ! Связи Б! - Н также химически активны и РазРушаются ионами ОН.: ! — 51 — Н +ОН- — ~ — 51 — О-+ Нз!. ! ! В результате совместного действия НзО и ОН образуется лепсорастворимый снлнкат 51(ОН-)т(О-)з и происходит выделение Нь растворение образующихся соединений в травящем растворе. Таким образом, химическое взаимодействие кремния с щелочным анизотропным травнтелем можно рассматривать как одновременный процесс оксидирования кремния и растворения образующегося оксида. Как скорость оксидировання, так и скоросп растворения оксида можут быль изменены за счет приложения электрическото поля.
Это составляет сущность электрохимическото травления кремния. Электрохимическое травление образцов кремния развичното типа проводимости (л, р) позволило установить зависимосп скорости травления от потенциала на образце, а также выявить потенциалы, при которых скорость травления максимальна и при которых травление прекращается и начинается интенсивное оксидирование образца (рис. 5.2.49). С учетом экого разработаны схемы травления кремния с электр охи мической остановкой процесса в момент, когда травление доходит до эпитаксиального слоя л-типа (рис. 5.2.50). Перспективна подача на пластину р-типа соответствующего потенциала, обеспечивающего максимальную скорость травления подложки.
Рас. 5.2АУ. Вельт-аиваране зараатерасзвав Ыэмава а туааавем литавре Рве. 5.2.м(. Схема Уетааааав явв аааатрахвввчееаэя асзавааал тфаааеввв небрэж 1- элвтаксвааьный слой л-кремава; 2- пластала Р- крензвы; У - юмервтевьнмй прибор; 4- эвектроа сраавенва; У- хагод; 6- источник Злеятростатпчеевве соединение кремния се стеклом. Электростатическое соединение ЭС (используются также термины анодная сварка, сварка в электрическом поле, электроадгезионное соединение) исюпочительно важно в тех областях технологии, тде необходимо обеспечил прочное, вакуумно плотное соединение металла или полупроводника со стеклом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
