3.5. Особенности жидкостного травления функциональных слоев

Операции химического травления можно разделить на две группы: химическое травление через маску (трафаретное трав­ление) и травление по всей поверхности (открытое травление).

Трафаретное травление используют для прорисовки диффу­зионных масок в слое SiO₂, удаления материала через окна в диэлектрике при формировании металлических контактов, фор­мирования изолирующих или проводящих областей, удаления вспомогательных технологических слоев. При выборе травите-ля необходимо учитывать клин травления, неравномерность края травления, скорость и технологичность процесса. Очевидно, что факторы, влияющие на качество локального травления, можно также перенести на процессы полного травления.

В качестве материалов, наиболее часто подвергаемых травле­нию «мокрыми» процессами, выступают различные функциональ­ные слои ИМС из диоксида кремния, алюминия и его сплавов, а также вспомогательные технологические слои из нитрида крем­ния и резиста.

Слои диоксида кремния, полученные термическим окисле­нием кремния либо химическим осаждением из газовой фазы, выполняют функции электрических изоляторов в структуре фун­кциональных слоев ИМС, барьеров для диффузии и ионной им­плантации, подзатворного диэлектрика МОП-транзисторов, за­щитно-пассивирующих покрытий. Для химического травления слоев SiO₂ используют, как правило, травители на основе плави­ковой кислоты. Однако в технологии ИМС водные растворы HF используются, как правило, только для процессов открытого травления SiO₂: полное или частичное стравливание слоя SiO₂, удаление с поверхности кремния тонкого естественного слоя ок­сидов кремния непосредственно перед нанесением слоев метал­лизации (так называемое освежение контактов). Это обусловле­но интенсивным газовыделением SiF₄, приводящим к отслаи­ванию маски фотртезиста и искажению геометрии функциональ­ных слоев ИМС.

Для, локального травления функциональных слоев ИМС че­рез фоторезистивную маску используют так называемые буфер­ные травители, получаемые добавлением в растворы HF фтори-

да аммония NH₄F. Травление слоев SiO₂ в буферном травителе описывается следующими реакциями:

6HF + SiO₂ > H₂SiF₆ + 2Н₂O, (3.15)

H₂SiF₆ + NH₄F > (NH₄)₂SiF₆ + HF. (3.16)

Добавление NH₄F к HF приводит к увеличению скорости травления благодаря образованию бифторид ионов HF₂^-, обла­дающих более высокой реакционной способностью по сравне­нию с HF.

Слои нитрида кремния, сформированные химическим осаж­дением из газовой фазы, в технологии ИМС используют в каче­стве защитной маски при локальном окислении, межслойного диэлектрика при формировании конденсаторов и защитно-пас-сивирующего покрытия ИМС. Химическое травление применя­ют для полного удаления слоев Si₃N₄ после процессов локально­го окисления. С данной целью используют плавиковую и орто-фосфорную кислоты либо их смеси. Химические реакции при удалении нитрида кремния данными травителями описываются следующими уравнениями:

Si₃N₄ + 18HF > H₂SiF₆ + 2(NH₄)₂SiF₆, (3.17) 3Si₃N₄ + 27H₂O + H₃PO₄ > 4(NH₄)₃PO₄ + 9H₂SiO₃ (3.18)

Тонкие пленки алюминия и его сплавов (Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Ti) широко применяются в качестве материалов для слоев, выполняющих функции невыпрямляющйх контактов к областям кремния п- и р-типа, токопроводящих соединений элементов ИМС, а также монтажных площадок. Жидкостное химическое травление алюминиевых слоев осуществляют, как правило, в травителе, состоящем из концентрированной азот-ной и ортофосфорной кислот, ледяной уксусной-кислоты и воды. Процесс травления состоит из двух стадий - формирова­ния Аl³⁺ и образования АlРO₄ согласно следующей схеме:

(3.19)

Вода в ортофосфорной кислоте препятствует растворению Аl₂O₃ и способствует растворению АlРO₄. Скорость процесса oг­раничена скоростью растворения Аl₂O₃ в Н₃РO₄. В качестве ко­нечных продуктов реакции выделяется газ, состоящий из смеси

Н₂, NO и NO₂. Пузырьки выделяющегося газа, адсорбированные на поверхности металлической пленки, способны замедлить трав­ление - под ними образуются островки недотравленного метал­ла, которые могут замыкать соседние токопроводящие дорожки. Для решения данной проблемы могут использоваться такие приемы, как: прерывание травления, ультразвуковое перемеши­вание, добавление ПАВ, вакуумирование кюветы травления.

Удаление, или снятие резиста является завершающей ста­дией литографического процесса. Жидкофазное удаление резис­та может осуществляться составами на основе органических ра­створителей, а также средствами на основе водных растворов, включающих как кислотные, так и щелочные составы. Выбор метода снятия резиста и параметров процесса определяется исходя из следующих факторов:

1. чувствительности поверхности нижележащего слоя к воздей­ствию растворителя (окисление, коррозия, загрязнение иона­ми, полное растворение);

2. стоимости удаления;

3. типа резиста;

4. предшествующей последовательности операций формирова­ния слоя резиста, включая характеристики нижележащего слоя, параметры термообработки после экспонирования, за-дубливания, травления, ионной имплантации.

Для большинства применений в технологии ИМС использу­ются позитивные фоторезисты, представляющие собой полимер­ную пленку светочувствительного материала. На стадиях фор­мирования активной структуры ИМС в фотолитографическом процессе участвуют химически неактивные слои: монокристал­лический кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, поликри­сталлический кремний. Поэтому для снятия фоторезиста в дан­ном случае используют кислотные составы. Кислотные составы для удаления фоторезиста, содержащие сильные кислоты и силь­ные окислители, преобразуют полимерную плешку фоторезиста в эмульгированную или растворимую форму. Наиболее широкое распространение для снятия фоторезиста получила смесь серной кислоты и перекиси водорода (10:1), травитель КАРО. Механизм удаления фоторезиста в смеси КАРО аналогичен механизму уда­ления органических загрязнений, описанному в разделе 2.4.