TRAWIENIE POWŁOK

§

oxford etch

W naszej ofercie znajdują się systemy do następujących technik wytrawiania:

Trawienie materiałów półprzewodnikowych

Możemy wyróżnić trzy typy trawienia: na mokro, w plazmie oraz reaktywne trawienie jonowe (powiązane z trawieniem w plazmie)- ich porównanie ukazuje tabela poniżej:

porownanie-sposobow-trawienia

Trawienie na mokro

Trawienie na mokro jest metodą służącą do usuwania materiału z półprzewodników przy pomocy kwasów i ługów. Najczęściej stosowaną cieczą do trawienia krzemu jest wodorotlenek potasu. Maski służące do otrzymywania określonych kształtów półprzewodników wytwarzane są z SiO2 oraz Si3N4. Z kolei aby usunąć maski wytworzone na krzemie, stosuje się roztwór BHF (Buffered HF) o składzie HF:H2O:NH4F=1:6:4.

Czystego HF (kwasu fluorowodorowego) nie używa się prawie nigdy ze względu na jego bardzo dużą reaktywność. Główne cechy tego typu trawienia są selektywność i kierunkowość. Pierwsza związana jest z rożną szybkością reakcji substancji trawiącej z rożnymi materiałami znajdującymi się na powierzchni półprzewodnika. Cecha ta zostaje wykorzystana tworzeniu masek chroniących partie materiału przed wpływem środka trawiącego. Kierunkowość jest związana z odmienną energią powierzchniową dla rożnych rodzin płaszczyzn (ma to związek z liczbą sąsiadów w płaszczyźnie i odległością od sąsiadów).

Na proces trawienia podstawowy wpływ mają skład kąpieli, temperatura cieczy trawiącej i czas procesu. Możliwe do realizacji jest również izotropowe trawienie mokre- wymaga ono jednak specjalnych roztworów- głownie na bazie kwasu fluorowodorowego.

Trawienie na sucho

W procesie trawienia suchego substancją trawiącą może być:

  • gaz szlachetny
  • gaz aktywny chemicznie
  • wiązka jonow

W procesie trawienia suchego główną rolę odgrywają procesy fizyczne (czyli wybijanie atomów półprzewodnika wysokoenergetycznymi cząstkami gazu) oraz procesy chemiczne (reakcja wolnych rodników z materiałem trawionym, a następnie przejście do fazy gazowej).

Proces trawienia na sucho możemy podzielić w zależności od użytego gazu na:

  • trawienie plazmowe (Plasma Etching)
  • reaktywne trawienie jonowe (Reactive Ion Etching)

W procesie reaktywnego trawienia jonowego energie jonów są dość duże (nawet do 50eV) i główną rolę odgrywają procesy fizyczne. Dzięki temu proces trawienia jest bardziej izotropowy i mniej selektywny.

Z kolei podczas trawienia plazmowego większą rolę odgrywają procesy chemiczne. Daje to większą anizotropię i selektywność jak rownież większą szybkość procesu. Dzięki możliwości ukierunkowania wiązki jonów metodą tą można otrzymywać elementy o rozdzielczości nawet 100nm. Poza formowaniem materiału metoda suchego trawienia jest również wykorzystywana do jego czyszczenia. W przypadku trawienia metodą suchą dużych powierzchni krzemu występuje efekt zwany trawą. Objawia się on pozostaniem na powierzchni po trawieniu kolumnowych struktur, które wpływają na kolor materiału – otrzymujemy  wtedy tzw. czarny krzem.33

Przykładowe sposoby trawienia

  • Trawienie tlenku krzemu (SiO2) wodnym roztworem HF

Usuwanie tlenku krzemu roztworem kwasu fluorowodorowego, jest najczęściej stosowaną reakcją. Wpływ dyfuzji reagentów do, jak również produktów od powierzchni filmu nie został szczegółowo poznany. Ogólnie reakcję możemy zapisać następująco:

4HF(aq) + SiO2↔ H2 SiF6(aq)+2H2O

Tempo w jakim tlenek krzemu zostaje usunięty z powierzchni płytki mocno zależy od czynników takich jak stężenie HF,m jak również od pH roztworu (zostało to rozwiązane przez użycie buforu- NH4F)

  • Trawienie tlenku krzemu (SiO2) gazowym HF

Reakcje z fazą gazową stają się coraz istotniejsze w przemyśle- wynika to z faktu iż czysty gaz jest znacznie tańszy od czystego roztworu wodnego.

Trawienie wykorzystujące gazowy kwas fluorowodorowy, stosuje się coraz częściej jako zamiennik dla metody mokrej. W wyniku reakcji między SiO2 a HF w fazie gazowej powstaje SiF4:

4HF(g)+SiO2↔SiF4(g) + 2H2O

Powyższa reakcja do zainicjowania wymaga zastosowania rozpuszczalnika np. acetonu.