Травление микро- и нано структур Травление используется для переноса рисунка фоторезистивной маски в нижележащий слой материала посредством его селективного. - презентация

1 Травление микро- и нано структур Травление используется для переноса рисунка фоторезистивной маски в нижележащий слой материала посредством его селективного удаления. Классификация методов травления: Жидкостное травление – это процесс удаления вещества, реализуемый с помощью гетерогенных химических реакций на границе раздела двух фаз – жидкости и твердого тела. Вакуумно-плазменные (сухие) методы травления Ионное травление Плазмохимическое травление реактивное ионное травление 1

2 Процессы травления характеризуются следующими основными параметрами: Скорость травления V тр определяется толщиной слоя d, удаляемого за время t: Селективность травления – это отношение скорости травления подложки (рабочего слоя) V тр.п к скорости травления резистивной маски V тр.м : Анизотропия травления – это отношение скорости травления в вертикальном направлении к скорости травления в горизонтальной (боковом) направлении: 2

3 Разрешение, достигаемое в результате процесса травления, является критерием качества переноса рисунка и определяется двумя параметрами. A= d /δ Выражая степень анизотропии через параметры элемента, формируемого к концу процесса травления, можно записать: Для освоения области субмикронных размеров основной задачей становится повышение разрешающей способности процессов травления, для чего в первую очередь необходима высокая степень их анизотропии. для bм = 0,2 мкм и d = 1 мкм при А = 10 можно получить минимальный размер bmin 0,4 мкм, а при А = 100 – bmin 0,22 мкм. 3

4 Жидкостное химическое травление Этот метод основан на удалении вещества за счет химических реакций на границе раздела жидкость – твердое тело. Типичный процесс травления включает в себя следующую последовательность реакций: – диффузия реагента к поверхности твердой фазы; – адсорбция реагента; – поверхностная реакция; – десорбция продуктов взаимодействия; – диффузия продуктов реакции от поверхности. В состав травителей обычно включают: 1) растворитель, который является средой для образования гомогенной системы; 2) окислители, которые образуют оксиды или другие продукты продукты окисления на поверхности полупроводника; 3) комплексообразователи, которые растворяют продукт окисления и удаляют его с поверхности; 4) ускорители или замедлители первых двух реакций, если они протекают с такой скоростью, что ими трудно управлять; 5) специальные добавки, сообщающие травителю селективные свойства. 4

5 Жидкостное травление обычно осуществляется в ваннах (групповая обработка) или в установках поштучной обработки пластин. В последнем случае распыление травителя сочетается с вращением пластины при обработке. К достоинствам жидкостного травления относятся отсутствие генерации структурных дефектов, существенного изменения электронных свойств поверхности, большой выбор химических реагентов, высокая селективность и производительность процесса. Недостатки: обычное жидкостное травление имеет изотропный характер (коэффициент анизотропии А = 0) и в случае формирования субмикронных структур не позволяет получить профиль травления с вертикальными стенками и сохранить размеры изображения в допустимых пределах. Этих недостатков можно избежать, используя методы сухого травления. Сухое травление дает возможность проводить травление подложки анизотропно и с высокой точностью. 5

6 6

7 Ионное травление Ионное травление обусловлено удалением поверхностных слоев материалов в результате физического распыления высокоэнергетическими ионами инертных газов. Если обрабатываемый материал помещен на электродах или держателях, соприкасающихся с плазмой разряда, то травление в таких условиях называют ионно-плазменным. Если материал помещен в вакуумную зону обработки, отделенную от области плазмы, то травление в этих условиях называют ионно-лучевым. Скорость травления Vтр можно записать как Vтр= d/t, где d – глубина травления материала (толщина удаленного слоя); t – время травления. 7

8 8

9 Для качественной передачи изображения на подложку при ионном травлении маска должна удовлетворять следующим требованиям: быть высокоразрешающей и иметь угол наклона боковых стенок как можно ближе к 90°, быть стойкой к воздействию ионной бомбардировки и температуры, иметь минимальную скорость травления по отношению к скорости травления материала подложки. Селективность ионного травления определяется отношением коэффициентов распыления маски Kм и подложки Kп, поэтому через маску толщиной dm можно протравить подложку на глубину 9

10 Схема ионно-лучевого травления: 1 – подложкодержатель; 2 – эмиттер электронов (нейтрализатор); 3 – источник ионов 10

11 Реактивное ионное травление отличается от ионного тем, что технологический слой, нанесенный на подложку, бомбардируется ионами химически активных газов O 2, N 2 или галогенов газов (CF 4, C 3 F 8, CHF 3 и CCl 3 ). Реактивное ионное травление подразделяется на реактивное ионно-лучевое (РИЛТ) и реактивное ионно-плазменное (РИПТ) травление. Реактивное ионно-лучевое травление выполняют пучком ионов химически активных газов, вытягиваемых из источника ионов (рис. сл. 10) 11 Системы РИПТ представлены на рисунке Схема ионно-плазменного высокочастотного травления: 4 – анод; 5 – ионы; 6 – ионная оболочка катода; 7 – подложка; 8 – катод

12 12 Процессы реактивного ионного травления основаны на химическом разрушении технологического слоя, нанесенного на подложки, ионами и радикалами активных газов, образующихся в газоразрядной плазме. В качестве рабочего газа используют такие галогеносодержащие газы, как CF 4, C 3 F 8, CHF 3 и CCl 3, радикалы которых активно участвуют в процессе травления. Чтобы происходило анизотропное травление, давление в реакторе должно быть не более 10 Па. Реактивное ионно-лучевое травление проводят при низком давлении – 0,1–1 Па.

13 13 Плазмохимическое травление Вакуумно-плазменное травление осуществляется в неравновесной низкотемпературной газоразрядной плазме низкого давления. В низкотемпературной газоразрядной плазме низкого давления происходят возбуждение и ионизация молекул рабочего газа, а также их диссоциация на свободные атомы и радикалы. Процессы плазмохимического травления (ПХТ) и ионно-химического травления (ИХТ) являются гетерогенными и многостадийными. В их механизме можно выделить следующие стадии: доставка молекул рабочего газа в зону плазмы газового разряда; превращение молекул рабочего газа в энергетические и химически активные частицы в плазме газового разряда; доставка энергетических и химически активных частиц к поверхности обрабатываемого материала; взаимодействие энергетических и химически активных частиц с поверхностью обрабатываемого материала; отвод продуктов взаимодействия от поверхности обрабатываемого материала.

14 14 Травление в плазме осуществляется в плазмохимическом реакторе диодного типа. Реактор откачивается до исходных давлений порядка 10 –3 –10 –4 Па, а типичные давления при напуске рабочего газа равны 1,33– 13,3 Па. 4 – анод; 5 – ионы; 6 – ионная оболочка катода; 7 – подложка; 8 – катод При плазменном травлении энергии ионов всегда невелики, и реализуется изотропное травление. Такие реакторы используются соответственно для снятия резиста, очистки поверхности и других подобных операций. Недостатком таких реакторов является расположение подложки непосредственно в зоне плазмы, что не позволяет раздельно регулировать параметры плазмы и энергию бомбардирующих поверхность ионов.

15 15 Малогабаритная установка реактивного ионного травления

16 16

17 17

18 18 ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫЕ ГИС Наиболее подходящими материалами для плат толстопленочных ГИС являются высокоглиноземистая керамика 22ХС, поликор и керамика на основе окиси бериллия. Нанесение материала толстых пленок, в состав которых, как правило, входят металл, окисел металла и стекло, на плату осуществляют продавливанием через сетчатый трафарет, имеющий закрытые и открытые участки. Для трафаретной печати материал толстых пленок должен иметь консистенцию пласты.