Leptanie

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Ak sa rozhodneme vytvoriť priehlbinu v materiáli leptaním, hĺbku je možné kontrolovať približne pomocou času leptania a intenzity leptania. V priebehu leptania sa celkom odstráni najvyššia vrstva mnohovrstvovej štruktúry bez poškodenia základnej a ochrannej vrstvy. Schopnosť leptania je závislá na intenzite leptania v dvoch materiáloch (selektivity).

Niektoré leptadlá podleptajú ochrannú vrstvu a tvar priehlbiny je s naklonenou bočnou stenou. Vzdialenosť podleptania sa nazýva odklon. Leptanie s veľkým odklonom sa nazýva izoptropné (nesmerové), pretože narušujú materiál rovnakou mierou vo všetkých smeroch. Moderné procesy skôr uprednostňujú anizotropné leptanie, pretože vytvárajú ostré, dobre vedené ryhy.

Selektivita Etch selectivity.png 1. Zlý selektívny lept odstráni vrchnú vrstvu, ale sčasti zasiahne tiež do spodného materiálu.

2. Dobrý selektívny lept nepoškodí spodnú vrstvu.

Izotropia Etch anisotropy.png

1. Bezchybné izotropné leptanie vytvorí oblé bočné steny.
2. Bezchybné anizotropné leptanie vytvorí vertikálne bočné steny.

Prostriedky a technológie leptania[upraviť | upraviť kód]

Poznáme dva základné typy leptania: tekuté („mokré“) a plazmové („suché“). Existujú rôzne variácie ich prevedenia.

Mokré leptanie[upraviť | upraviť kód]

Prvý proces leptania používa tekutú formu leptadla. Substrát môže byť ponorený v kúpeli s leptadlom, ktoré musí byť premiešané, aby dosiahlo dobré riadenie procesu leptania. Napríklad, ochranná kyselina fluorovodíková sa bežne používa na leptanie kysličníka kremičitého na kremíkovej podložke.

Na leptanie rôznych povrchov môžu byť použité rôzne špecializované leptadlá.

Tekuté leptadlá sú obyčajne izotrópne, ktoré spôsobujú veľké odklony, keď sa leptá hrubá vrstva. Taktiež vyžadujú likvidáciu veľkého množstva jedovatého odpadu. Z týchto dôvodov sú v technologických procesoch zriedkavo používané. Fotografické vývolávanie používa foto rezistívnu vrstvu podobnú mokrému leptaniu.

Alternatívou ponorenia je jednoduchý mechanizmus substrátu, ktorý používa Bernoulliho princíp využitia plynov, na zmiernenie a chránenie jednej strany substrátu ,kým je leptadlo aplikované na druhej strane.Môže to byť dané buď pre prednú alebo zadnú stranu. Lept pôsobí na vrchnú stranu ešte pokiaľ je v stroji a na spodnú stranu nemá vplyv. Táto metóda je účinná práve pred procesom „ oneskorenia“ (BEOL), kde sa po brúsení substrát veľmi stenčí a je veľmi citlivý na tepelný a mechanický tlak. Leptanie tenkej vrstvy, dokonca len niekoľko mikrometrov, odstráni mikroskopickú trhlinu spôsobenú spätným brúsením, čo má za následok dramatické zvýšenie pevnosti a pružnosti substrátu bez jeho poškodenia.

Anizotropické mokré leptanie[upraviť | upraviť kód]

Anizotropické mokré leptanie

Anizoptropické mokré leptanie na kremíkovom substráte vytvára priehlbinu s lichobežníkovým priečnym rezom. Dno priehlbiny je <100> rovina a strany sú <111> roviny. Modrý materiál je ochrana vrstvy leptania a zelený materiál je kremík.

Niektoré mokré leptadlá leptajú kryštalické materiály vo veľmi rozdielnych pomeroch, pri čom záleží na aké kryštálové plochy sú vystavené. Ako je uvedené na obrázku, tento jav v monokryštalických materiáloch toleruje vysokú anizotropiu.

Pre kremík je dostupných niekoľko anizotropných mokrých leptadiel. Napríklad hydroxid draselný (KOH) môže dosiahnuť selektivitu 400 medzi <100> a <111> rovinami. Žiadne z týchto leptadiel nesmie byť použité na substrátoch, ktoré obsahujú CMOS integrované obvody. Obidva leptajú hliník, ktorý sa zvyčajne používa ako pokovanie (vedenia) materiálu. KOH predstavuje pohyb iónov draslíka do kysličníka kremičitého a EDP je vysoko leptavý a karcinogénny. Tetrametylamónny hydroxid (TMAH) prezentuje bezpečnú alternatívu, hoci má horšiu selektivitu medzi <100> a <111> rovinami v kremíku.

Leptanie obdĺžnikovej diery v (100)-Si substráte bude mať za následok pyramídový tvar vyleptanej priehlbiny. Stena bude rovná a hranatá a má uhol k povrchu substrátu:

                     tan-1√2=54,7°

Ak je leptanie zastavené predtým ako sa vytvorí pyramída, vytvorí sa zrezaný kužeľ. Výsek, δ, pod ochrannou vrstvou je daný:

                    δ=√(6D)/S=√(6R100T)/(R100/R111)=√(6TR111)

kde Rxx je rýchlosť leptania v <xxx> smere, T je čas leptania, D je hĺbka leptania a S je anizotropia materiálu a leptadla.

Rozdielné leptadlá majú rozdielne anizotropie. Nižšie je tabuľka bežných anizotropných leptadiel pre kremík:

Leptadlo Prevádzková teplota (°C) R100 (μm/min) S=R100/R111 Materiály masky
Ethylenediamine pyrocatechol

(EDP)

110 0.47 17 SiO2, Si3N4, Au, Cr, Ag, Cu
Hydroxid draselný/Isopropyl alkohol

(KOH/IPA)

50 1.0 400 Si3N4, SiO2 (leptá v 140nm/min)
Tetramethylammonium hydroxide

(TMAH)

80 0.6 37 Si3N4, SiO2

Plazmové leptanie[upraviť | upraviť kód]

Moderné VLSI procesy sa vyhýbajú mokrému leptaniu a namiesto toho používa plazmové leptanie. Tieto leptadlá môžu pracovať v niekoľkých módoch prispôsobenia v závislosti na parametroch plazmy. Štandardné plazmové leptanie pôsobí medzi 0.1 a 5 tor.(Táto jednotka tlaku, zvyčajne použitá vo vákuu sa rovná približne 133,3 paskala.) Plazma produkuje energeticky voľné radikály, neutrálne nabité, ktoré reagujú na povrch substrátu. V prípade, že neutrálne čiastočky útočia na substrát zo všetkých uhlov, tento proces je izotropný.

Pôvodný plyn pre plazmu obyčajne obsahuje malé molekuly bohaté na chlór a fluór. Napríklad, chlorid uhličitý (CCL4) leptá kremík a hliník, a fluóroform leptá kysličník kremičitý a nitrid kremičitý. Plazma obsahujúca kyslík je používaná na okysličenie fotorezistivity a uľahčuje jej odstránenie. Iónové vŕtanie alebo leptanie rozprašovaním, používa nižšie tlaky, často nížšie ako 10-4 tor (10mPa). Toto ostreľuje substrát s pevnými iónmi vzácnych plynov, často Ar+, ktoré narážaju na atómy zo substrátu prenesením hybnosti. Pretože leptanie je vykonávané pomocou iónov, ktoré približujú substrát približne z jedného smeru, tento proces je vysoko anizotropný. Na druhej strane to smeruje k zobrazeniu nízkej selektivity. Leptanie reaktívnym iónom (RIE) pracuje podľa okolností medzi naprašovaním a plazmovým leptaním (medzi 10-3 a 10-1 tor). Hĺbka leptania reaktívnym iónom (DRIE) modifikuje RIE techniku k výrobe hĺbky, blízkej ryhe.

Všeobecné procesy leptania používané v mikrovýrobe[upraviť | upraviť kód]

Materiál na leptanie Mokré leptadlá Pazmové leptadlá
Hliník (Al) 80% kyselina fosforečná (H3PO4) + 5% kyselina octová

+ 5% kyselina dusičná(HNO3) + 10% voda (H2O) 35–45 °C

Cl2, CCl4, SiCl4, BCl3
Indium kysličník cínu [ITO] (In2O3:SnO2) Kyselina chlorovodíková (HCl) + kyselina dusičná (HNO3) + voda(H2O) (1:0.1:1) at 40 °C Text bunky
Chróm (Cr) • "Chrómové leptanie": čeričov dusičnan amónny ((NH4)2Ce(NO3)6) + kyselina dusičná (HNO3)

Kyselina chlorovodíková (HCl)

Text bunky
Zlato (Au) Kyselina nitrochloridová Text bunky
Molybdén (Mo) Text bunky Tetrafluórmetán
Organické zvyšky a fotorezistuá “Piranha” leptanie: Kyselina sírová (H2SO4) + peroxid vodíka (H2O2) O2 (leptanie)
Platina (Pt) Text bunky Kyselina nitrochloridová
Kremík (Si) Kyselina dusičná (HNO3) + Kyselina fluorovodíková (HF) Tetrafluórmetán, SF6, NF3

• Cl2, CCl2F2

Oxid kremičitý (SiO2) Kyselina fluorovodíková (HF)

• “Buffered” leptanie [BOE]: fluorid amónny (NH4F) and Kyselina fluorovodíková (HF)

Tetrafluórmetán CF4], SF6, NF3
Silicon nitride (Si3N4) • 85% Kyselina fosforečná (H3PO4) 180 °C (vyžaduje SiO2 vrstvu leptania) Tetrafluórmetán CF4], SF6, NF3
Tantal (Ta) Text bunky Tetrafluorometán CF4]
Titán (Ti) Kyselina fluorovodíková (HF) BCl3
Nitrid titánu (TiN) Kyselina dusičná (HNO3) + Kyselina fluorovodíková (HF)

• SC1

-
Wolfrám (W) Kyselina dusičná (HNO3) + Kyselina fluorovodíková (HF)

Peroxid vodíka (H2O2)

Tetrafluórometán CF4]

• SF6

Externé odkazy[upraviť | upraviť kód]