Жидко�тное химиче�кое травление (WinWord&CorelDraw)
Êàëóæñêèé Ôèëèàë
Ìîñêîâñêîãî Ãîñóäàðñòâåííîãî
Òåõíè÷åñêîãî Óíèâåðñèòåòà
èì. Í. Ý. Áàóìàíà
Îò÷åò ïî òåõíîëîãè÷åñêîé ïðàêòèêå
íà òåìó:
“ Æèäêîñòíîå õèìè÷åñêîå òðàâëåíèå “
ñòóäåíò: Òèìîôååâ À. Þ.
ðóêîâîäèòåëü: Ïàðàìîíîâ Â. Â.
1996 ã.
ã. Êàëóãà.
Ñîäåðæàíèå.
ñòð.
1. Ââåäåíèå. 3
1.1. Òåðìîäèíàìèêà òðàâëåíèÿ. 5
1.2. Îáùèå ïðèíöèïû êèíåòèêè òðàâëåíèÿ. 8
1.3. Ôåíîìåíîëîãè÷åñêèé ìåõàíèçì òðàâëåíèÿ. 9
2. Æèäêîñòíîå òðàâëåíèå. 11
2.1. Òðàâëåíèå SiO2. 11
2.2. Òðàâëåíèå êðåìíèÿ. 14
2.3. Òðàâëåíèå ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóð. 19
2.4. Òðàâëåíèå àëþìèíèÿ. 20
2.5. Òðàâèòåëè äëÿ àëþìèíèÿ. 21
2.6. Ýëåêòðîõèìè÷åñêîå òðàâëåíèå. 23
3. Ïðàêòè÷åñêèå àñïåêòû æèäêîñòíîãî õèìè÷åñêîãî 23
òðàâëåíèÿ.
3.1. Äðóãèå õàðàêòåðèñòèêè òðàâëåíèÿ. 24
4. Çàêëþ÷åíèå. 25
5. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû. 26
Ââåäåíèå.
Òðàâëåíèå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ñåëåêòèâíîé (õèìè÷åñêîé) ïðîðèñîâêè
äèôôóçèîííûõ ìàñîê, ôîðìèðîâàíèÿ èçîëèðóþùèõ èëè ïðîâîäÿùèõ îáëàñòåé, â
ïðîöåññå êîòîðîãî âåùåñòâî â îáëàñòè, ïîäâåðãàåìîé òðàâëåíèþ, õèìè÷åñêè
ïðåîáðàçóåòñÿ â ðàñòâîðèìîå èëè ëåòó÷åå ñîåäèíåíèå.  ëèòîãðàôèè
òðàâëåíèå ïðèìåíÿåòñÿ â îñíîâíîì äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ äèôôóçèîííûõ ìàñîê â
ñëîå òåðìè÷åñêè îêèñëåííîãî êðåìíèÿ èëè äëÿ óäàëåíèÿ ìàòåðèàëà ÷åðåç
îêíà â äèýëåêòðèêå ïðè èçãîòîâëåíèè ìåòàëëè÷åñêèõ êîíòàêòîâ.
Ìåòàëëè÷åñêàÿ ðàçâîäêà ôîðìèðóåòñÿ ïóòåì ñåëåêòèâíîãî óäàëåíèÿ
ïðîìåæóòêîâ (îáðàùåíèÿ èçîáðàæåíèÿ); ôîòîøàáëîíû òàêæå èçãîòàâëèâàþòñÿ
òðàâëåíèåì ìåòàëëè÷åñêèõ ïëåíîê. Çàäà÷à èíæåíåðà-òåõíîëîãà ñîñòîèò â
òîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ïåðåíîñ èçîáðàæåíèÿ ñ ðåçèñòíîé ìàñêè â ïîäëîæêó ñ
ìèíèìàëüíûì îòêëîíåíèåì ðàçìåðà (Å) è äîïóñêîì ((Ò) (ñì. ðèñ. 1). Èç
ðèñóíêà âèäíî, ÷òî ñóììàðíîå èçìåíåíèå ðàçìåðà ïðè ëèòîãðàôèè Å
îáóñëîâëåíî èñêàæåíèåì èçîáðàæåíèÿ â ðåçèñòíîé ìàñêå ((0.1 ìêì), óõîäîì
ðàçìåðà â ðåçèñòå ((0.5 ìêì) è óõîäîì îêîí÷àòåëüíîãî ðàçìåðà â ïðîöåññå
òðàâëåíèÿ (1.0 ìêì ñ äîïóñêîì â (1.0 ìêì.
Ðèñ. 1. Èçìåíåíèå ðàçìåðîâ ïðè ïåðåíîñå èçîáðàæåíèÿ
èç ðåçèñòà â ïîäëîæêó ñ ïîìîùüþ èçîòðîïíîãî òðàâëåíèÿ.
 çàâèñèìîñòè îò êðèñòàëëè÷íîñòè ïëåíêè è öåëîñòíîñòè ðåçèñòà
(îòñóòñòâèå îòñëîåíèé ïðè æèäêîñòíîì è ýðîçèè ïðè ïëàçìåííîì òðàâëåíèè)
óõîä ðàçìåðà ìîæåò äîñòèãàòü òîëùèíû ïëåíêè D è äàæå ïðåâûøàòü åå.
Èçîòðîïíîå æèäêîñòíîå òðàâëåíèå, äëÿ êîòîðîãî õàðàêòåðíî áîëüøîå áîêîâîå
ïîäòðàâëèâàíèå (L), ïðèøëîñü çàìåíèòü ãàçîôàçíûì àíèçîòðîïíûì
òðàâëåíèåì, äëÿ êîòîðîãî D/L((1 (ðèñ. 2).
Èçîòðîïíîå òðàâëåíèå ïðîèñõîäèò íåóïîðÿäî÷åííî, ñ îäèíàêîâîé ñêîðîñòüþ
ïî âñåì ïðîñòðàíñòâåííûì íàïðàâëåíèÿì - L è D. Àíèçîòðîïíîå òðàâëåíèå
ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè íåêîòîðûõ îòêëîíåíèÿõ îò èçîòðîïíîãî ïðîöåññà.
Æåëàòåëüíî, ÷òîáû ãëóáèíà òðàâëåíèÿ (D) áûëà ìíîãî áîëüøå âåëè÷èíû
áîêîâîãî ïîäòðàâëèâàíèÿ (L). Ïîñêîëüêó òðàâëåíèå â âåðòèêàëüíîì
íàïðàâëåíèè ïðè äîñòèæåíèè ãëóáèíû D ïðåêðàùàåòñÿ, ïåðåòðàâëèâàíèå
îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ñêîðîñòüþ óäàëåíèÿ ìàòåðèàëà â áîêîâîì íàïðàâëåíèè.
Ñòåïåíü àíèçîòðîïèè ìîæíî îïðåäåëèòü êàê îòíîøåíèå L/D, è åå âåëè÷èíà
çàâèñèò îò ìíîãèõ ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Æèäêîñòíîå òðàâëåíèå
îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì ñòàòè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè òèïà àäãåçèè è
ñòåïåíè çàäóáëåííîñòè ðåçèñòà, ñîñòàâà òðàâèòåëÿ è ò.ï. Ïðè ñóõîì
òðàâëåíèè ñòåïåíü àíèçîòðîïèè âî ìíîãîì çàâèñèò îò òàêèõ äèíàìè÷åñêèõ
ïàðàìåòðîâ, êàê ìîùíîñòü ðàçðÿäà, äàâëåíèå è ñêîðîñòü ýðîçèè ðåçèñòà.
Âåëè÷èíà áîêîâîãî ïîäòðàâëèâàíèÿ â ñëó÷àå æèäêîñòíîãî òðàâëåíèÿ çàâèñèò
îò ïðåäøåñòâóþùèõ ñòàäèé îáðàáîòêè - ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè è
òåðìîçàäóáëèâàíèÿ.
Ðèñ. 2. Àíèçîòðîïíîå (ñëåâà) è èçîòðîïíîå (ñïðàâà)
òðàâëåíèå. R-ðåçèñò, S-ïîëëîæêà.
Èñïîëüçóÿ æèäêîñòíîå òðàâëåíèå èëè íåäàâíî ðàçðàáîòàííûé è áîëå
ïðåäïî÷òèòåëüíûé ìåòîä ïëàçìåííîãî ñóõîãî òðàâëåíèÿ, ìîæíî ôîðìèðîâàòü
ðàçëè÷íûå ïðîôèëè â ïëåíêàõ. Æèäêèå òðàâèòåëè äàþò èçîòðîïíûå èëè
ñêîøåííûå ïðîôèëè . Ñêîøåííûé ïðîôèëü êðàÿ ëó÷øå ïîäõîäèò äëÿ
ïîñëåäóþùåãî íàíåñåíèÿ ïîëîñòè ìåòàëëà ïîïåðåê òàêîé ñòóïåíüêè.
Øèðèíà ëèíèè â ñêîìïåíñèðîâàííîé ìàñêå Ì, ìêì
Ðèñ. 3. Ñâÿçü êîìïåíñàöèè (óìåíüøåíèå ðàçìåðîâ îêîí â ìàñêå),
íåîáõîäèìûé ïðè èçîòðîïíîì è àíèçîòðîïíîì (D/L>2) òðàâëåíèè.
Äëÿ êîìïåíñàöèè ïîäòðàâà ïðè èçîòðîïíîì æèäêîñòíîì òðàâëåíèè ðàçìåðû
ýëåìåíòà íà ôîòîøàáëîíå ñëåäóåò óìåíüøàòü. Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíà
êîìïåíñàöèÿ ðàçìåðà îêîí â øàáëîíå äëÿ ðàçíûõ ñòåïåíåé àíèçîòðîïèè
òðàâëåíèÿ. Äëÿ îáû÷íîãî èçîòðîïíîãî òðàâëåíèÿ D/L ðàâíî 1 (áåç
ðàçðóøåíèÿ ðåçèñòà è ïðè õîðîøåé àäãåçèè). Äëÿ òîãî ÷òîáû øèðèíà ïîëîñû
áûëà ðàâíà (å, ðàçìåð ïåðåíåñåííîãî â ðåçèñò èçîáðàæåíèÿ (r äîëæåí áûòü
ìåíüøå íà óäâîåííóþ âåëè÷èíó áîêîâîãî ïîäòðàâà (L):
(r=(å-2L. (1)
Ðèñ. 4. Ñðàâíåíèå æèäêîñòíîãî (W) è ïëàçìåííîãî (Ð) òðàâëåíèÿ. îáîèõ
ñëó÷àÿõ òðàâëåíèå ïðîèçâîäèòñÿ ÷åðåç ìàñêó Si3N4 òîëùèíîé 0.25 ìêì.
äëÿ ïîëó÷åíèÿ 1-ìêì ëèíèè ïðè óìåðåííî àíèçîòðîïíîì òðàâëåíèè (D/L=3)
èçîáðàæåíèå â ðåçèñòå ñëåäóåò äåëàòü íà 0.2 ìêì ìåíüøå 1 ìêì, à øèðèíà
ýëåìåíòà íà øàáëîíå (Ì) äîëæíà áûòü óâåëè÷åíà ïðèìåðíî íà 0.05-0.1 ìêì
äëÿ êîìïåíñàöèè óõîäà ðàçìåðà ïðè ôîðìèðîâàíèè ðåçèñòíîé ìàñêè. Åñëè æå
D/L=10, òî ïîëîñà øèðèíîé 1 ìêì ìîæåò áûòü ïîäòðàâëåíà ÷åðåç ðåçèñòíîå
îêíî øèðèíîé 0.7 ìêì. ðàçíèöà â õàðàêòåðèñòèêàõ êîìïåíñàöèè ðàçìåðà
èçîáðàæåíèÿ â ðåçèñòå äëÿ ñóõîãî è æèäêîñòíîãî òðàâëåíèÿ Si3N4 ÿñíî
âèäíà íà ðèñ. 4.
Òåðìîäèíàìèêà òðàâëåíèÿ.
Ñ òî÷êè çðåíèÿ õèìèè ïðîöåññ òðàâëåíèÿ ìîæíî ïðåäñòàâèòü ñõåìîé
òâåðäàÿ ôàçà+òðàâèòåëü(ïðîäóêòû;
ïðè ýòîì ê òâåðäîé ôàçå îòíîñÿò êðåìíèé, åãî îêñèäû è íèòðèäû è ìíîãèå
ìåòàëëû. Äëÿ ìåæñîåäèíåíèé âíóòðè êðèñòàëëà îáû÷íî ïðèìåíÿþò Al è åãî
ñïëàâû ñ Si è Cu, ïðè÷åì îñíîâíûì ìàòåðèàëîì äëÿ ïåðâîãî óðîâíÿ
ìåòàëëèçàöèè ÿâëÿåòñÿ Al (òàáë. 1). Ñëîè îêñèäîâ êðåìíèÿ ìîæíî
âûðàùèâàòü òåðìè÷åñêè, íàíîñèòü õèìè÷åñêèì ñïîñîáîì èëè ðàñïûëåíèåì,
ìîæíî òàêæå ëåãèðîâàòü èõ ôîñôîðîì èëè áîðîì. Ìåòàëëû èñïîëüçóþòñÿ â
âèäå ÷èñòûõ èëè ïàññèâèðîâàííûõ ïëåíîê, ñïëàâîâ, ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóð è
èíòåðìåòàëëèäîâ. Ïîñêîëüêó êðåìíèé ñóùåñòâóåò â âèäå ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ
èëè ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèõ ïëåíîê, åãî ñòðóêòóðà, êàê è ñòðóêòóðà äðóãèõ
êðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, èìååò è áëèæíèé è äàëüíèé ïîðÿäîê. Ïîñêîëüêó
òðàâëåíèå ïåðåâîäèò óïîðÿäî÷åííûå ñòðóêòóðû â íåóïîðÿäî÷åííûå,
òåðìîäèíàìè÷åñêèå ñîîáðàæåíèÿ î ïîâåäåíèè ñâîáîäíîé ýíåðãèè (F ñèñòåìû
äîëæíû ó÷èòûâàòü èçìåíåíèÿ êàê ýíòðîïèè +(S, òàê è ýíòàëüïèè (Í
(òåïëîòû ðàñòâîðåíèÿ èëè èñïàðåíèÿ)
(F=(Í-Ò(S. (2)
Íàïðèìåð, ðåàêöèÿ òðàâëåíèÿ àìîðôíîãî îêñèäà êðåìíèÿ ÿâëÿåòñÿ
ýíäîòåðìè÷åñêîé, (Í=+11 êêàë/ìîëü:
SiO2(òâ.)+6HF(æ.)(Í2SiF6+2H2O. (3)
Òàáëèöà 1. Ìàòåðèàëû ïîëóïðîâîäíèêîâîé ýëåêòðîíèêè.
Ïðîâîäíèêè
Ag, Al, Au, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Pt, Ta, Ti,W
Ïîëóïðîâîäíèêè Si, Ge, GaAs
Äèýëåêòðèêè
SiO2, Si3N4, ðåçèñò, ïîëèèìèä
Ïðåîäîëåíèå êîðîòêîäåéñòâóþùèõ ñèë â àìôîðíîì òâåðäîì òåëå
ñîïðîâîæäàåòñÿ ðîñòîì ýíòðîïèè. Íåáîëüøèå äåôåêòû, òàêèå, êàê
íàïðÿæåíèå, äåôîðìàöèÿ, ïðèìåñíûå óðîâíè, òàêæå îêàçûâàþò âëèÿíèå íà
ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ.  êðèñòàëëè÷åñêîì êðåìíèè ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ
ïëîñêîñòåé ñ ìàëûìè èíäåêñàìè Ìèëëåðà îïðåäåëÿåòñÿ ÷èñëîì ñâîáîäíûõ
ñâÿçåé è êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèåé (òàáë. 2).
Òàáëèöà 2. Âëèÿíèå îðèåíòàöèè íà òðàâëåíèå êðåìíèÿ.
Êðèñòàëëîãðàôè÷åñêàÿ ïëîñêîñòü Îòíîñèòåëüíîå ÷èñëî ñâîáîäíûõ ñâÿçåé
Îòíîñèòåëüíàÿ ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ
(111)
(110)
(100)
0.58
0.71
1.00
0.62
0.89
1.00
Ïåðåõîä ìåòàëëà èëè êðåìíèÿ â ðàñòâîðèìîå ñîñòîÿíèå âêëþ÷àåò â ñåáÿ
èîíèçàöèþ ìåòàëëà (îïðåäåëÿåìóþ ïîòåíöèàëîì èîíèçàöèè) è ïåðåíîñ
ýëåêòðîíà ê ñîîòâåòñòâóþùåìó âîññòàíîâèòåëþ ñ âûñîêèì ñðîäñòâîì ê
ýëåêòðîíó
Ì(òâ.) (Ìn+(æ.)+ne. (4)
Ðåàêöèÿ ýòà òðåõñòàäèéíàÿ:
Ì(òâ.) (Ì(ãàç) ñóáëèìàöèÿ, (5)
Ì(ãàç) ( Ìn+(ãàç)+ne èîíèçàöèÿ, (6)
Ìn+(ãàç)+Í2Î ( Ìn+(æ.) ãèäðàòàöèÿ. (7)
Èçìåíåíèå ýíòàëüïèè ïðè ñóáëèìàöèè è èîíèçàöèè ïîëîæèòåëüíî
(ýíäîòåðìè÷åñêèå ðåàêöèè), íî ãèäðàòàöèÿ ýêçîòåðìè÷íà (îòðèöàòåëüíîå
(Í). Ïðè ãàçîôàçíîì òðàâëåíèè äëÿ ðàñïûëåíèÿ ìåòàëëà ïóòåì åãî
ñóáëèìàöèè êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ÷àñòèö òðàâèòåëÿ (ýíåðãèÿ òðàâëåíèÿ)
äîëæíà ïåðåäàâàòüñÿ ìåòàëëó èç ãàçîâîé ôàçû. Ïðè ïîãðóæåíèè
ìåòàëëè÷åñêîãî îáðàçöà â ðàñòâîð, ñîäåðæàùèé åãî ñîáñòâåííûå èîíû
(óðàâíåíèå 4), èîíû ìåòàëëà ïåðåõîäÿò â ðàñòâîð (ðèñ. 5), è îáðàçåö
ïðèîáðåòàåò îòðèöàòåëüíûé çàðÿä. Ìåòàë îáðàçóåò, òàêèì îáðàçîì, ñâîé
ñîáñòâåííûé àíîä. è èîíû Ìn+ ïðèòÿãèâàþòñÿ ê íåìó, ôîðìèðóÿ äâîéíîé
ýëåêòðè÷åñêèé ñëîé (ñëîé Ãåëüìãîëüöà). ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ â íåì
íàçûâàåòñÿ
Ðèñ. 5. Äâîéíîé ñëîé Ãåëüìãîëüöà íà ãðàíèöå ìåòàëëà â ðàâíîâåñèè ñ
èîíàìè ìåòàëëà â æèäêîé ôàçå (Ì+) è àíèîíàìè (Õ-).
àáñîëþòíûì ýëåêòðîäíûì ïîòåíöèàëîì. Ñòàíäàðòíûå îêèñëèòåëüíûå è
âîññòàíî-âèòåëüíûå ïîòåíöèàëû ìîæíî íàéòè â ëèòåðàòóðå ïî ýëåêòðîõèìèè.
Íà êàòîäå ïðîèñõîäèò óðàâíîâåøèâàþ-ùåå îêèñëåíèå, è êàòîäíóþ ðåàêöèþ â
ðàñòâîðå ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
ne+ Xn- (Xn. (8)
èòîãîâîå ïðèðàùåíèå ñâîáîä-íîé ýíåðãèè, (F, ñîñòàâëÿåò
(F=-nÔ(Å, (9)
ãäå (Å åñòü ðàçíîñòü àíîäíîãî è êàòîäíîãî ïîòåíöèàëîâ, àÔ-÷èñëî
Ôàðàäåÿ. Âåëè÷èíà èçìåíåíèÿ ñâîáîäíîé ýíåðãèè çàâèñèò îò:
1) ÷èñòîòû ìåòàëëà, åãî êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû, íàëè÷èÿ íàïðÿæåíèé,
ìåòîäà îñàæäåíèÿ è ñîñòàâà ïðèìåñåé;
2) àêòèâíîñòè èîíîâ ìåòàëëà â ðàñòâîðå;
3) èîííîé ñèëû ýëåêòðîëèòà;
4) òåìïåðàòóðû;
5) ñîñòàâà ðàñòâîðèòåëÿ.
Ïðè òðàâëåíèè äèýëåêòðèêîâ ïåðåíîñà ýëåêòðîíîâ íå ïðîèñõîäèò, è ðåàêöèè
â ýòîì ñëó÷àå èìåþò êèñëîòíî-îñíîâíûé õàðàêòåð:
SiO2+6HF (H2SiF6+2H2O, (10)
SiO2+CF4(ãàç) (SiF4+CO2. (11)
Si(O-ñâÿçü çàìåíÿåòñÿ ñâÿçüþ Si(F. Ïîñêîëüêó ýíåðãèè ñâÿçåé Si(O è Si(F
áëèçêè, çíàê èçìåíåíèÿ ýíòðîïèè îïðåäåëÿåò, ïðîéäåò ðåàêöèÿ èëè íåò.
Îáùèå ïðèíöèïû êèíåòèêè òðàâëåíèÿ.
Ãåòåðîãåííûå òâåðäîôàçíûå ðåàêöèè çàòðàãèâàþò ðàçëè÷íûå ðàçäåëû õèìèè,
ìåõàíèêè è ôèçèêè. Òèïè÷íûé ïðîöåññ âêëþ÷àåò â ñåáÿ ñëåäóþùóþ
ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ðåàêöèé:
1) ïåðåíîñ ðåàãåíòà;
2) àäñîðáöèÿ ðåàãåíòà (Íads;
3) ðåàêöèÿ íà ïîâåðõíîñòè (F;
4) äåñîðáöèÿ ïðîäóêòîâ (Ívap;
5) ïåðåíîñ ïðîäóêòîâ.
Ñàìûé ìåäëåííûé ýòàï îïðåäåëÿåò ñêîðîñòü ðåàêöèè. Â ðåàêöèÿõ íèçøåãî
ïîðÿäêà
Ñêîðîñòü=k íóëåâîé ïîðÿäîê, (12)
Ñêîðîñòü=kE ïåðâûé ïîðÿäîê. (13)
ñêîðîñòü çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè òðàâèòåëÿ (Å) òîëüêî â ñëó÷àå ðåàêöèè
ïåðâîãî ïîðÿäêà. Ïðè âûáîðå òîé èëè èíîé ðåàêöèè òðàâëåíèÿ ñòàðàþòñÿ
îñòàíîâèòüñÿ íà ïðîöåññå ñ íàèìåíüøèì êîëè÷åñòâîì ïàðàìåòðîâ è
ïðåèìóùåñòâåííî ëèíåéíûìè ñêîðîñòÿìè òðàâëåíèÿ. Æåëàòåëüíî òàêæå èìåòü
âîçìîæíîñòü èçìåíåíèÿ àíèçîòðîïèè ðåãóëèðîâàíèåì ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ è
âûñîêóþ ñåëåêòèâíîñòü ïðîöåññà (ò. å. îòñóòñòâèå âîçäåéñòâèÿ òðàâèòåëÿ
íà ðåçèñò èëè ñëîé, íàõîäÿùèéñÿ ïîä ñòðàâëèâàåìîé ïëåíêîé). Â ðåàêöèÿõ
íóëåâîãî ïîðÿäêà ñëàáîå îáåäíåíèå òðàâèòåëÿ íåñóùåñòâåííî. Îäíàêî â
ðåàêöèÿõ ïåðâîãî ïîðÿäêà ìû íå èìååì äîñòàòî÷íîãî èçáûòêà òðàâèòåëÿ, è
îí ìîæåò ñèëüíî èñòîùèòüñÿ ïðè çàãðóçêå äåñÿòè èëè áîëåå ïëàñòèí. Â
ðåàêöèÿõ ïðîñòîãî ïîðÿäêà çàâèñèìîñòü òîëùèíû ñòðàâëåííîé ïëåíêè (èëè
ëîãàðèôìà òîëùèíû) îò âðåìåíè ëèíåéíàÿ. Ïîýòîìó îêîí÷àíèå ðåàêöèè ìîæåò
êîíòðîëèðîâàòüñÿ è òî÷íî îïðåäåëÿòüñÿ ýêñòðàïîëÿöèåé.
Ðàññìîòðèì ìåõàíèçì ïåðåíîñà äëÿ äâóõ îñíîâíûõ òèïîâ ðåàêöèé -
äèôôóçèîííî-êîíòðîëèðóåìûõ è îãðàíè÷åííûõ ñêîðîñòüþ ðåàêöèè. Âîîáùå
ãîâîðÿ, â ïðîöåññå òðàâëåíèÿ ìîãóò áûòü âîâëå÷åíû âñå òðè àãðåãàòíûõ
ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà:
1) òâåðäàÿ ôàçà ( ñêðûòàÿ õèìè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ è ôèçè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà
ïëåíêè;
2) æèäêàÿ ôàçà ( ïåðåíîñ èîíîâ â æèäêîì äèýëåêòðèêå, îáëàäàþùåì
âûñîêîé âÿçêîñòüþ;
3) ãàçîîáðàçíàÿ ôàçà ( õåìîñîðáöèÿ, ðåêîìáèíàöèÿ, èîíèçàöèÿ è ñðåäíèé
ñâîáîäíûé ïðîáåã ãàçîâûõ ÷àñòèö ïðè ïîíèæåííîì äàâëåíèè.
Ôåíîìåíîëîãè÷åñêèé ìåõàíèçì òðàâëåíèÿ.
Ïåðåõîä îò òâåðäîé ôàçû ê æèäêîé èëè ãàçîîáðàçíîé
òâåðäàÿ ïëåíêà+ òðàâèòåëü (k( ïðîäóêòû (14)
çàâèñèò îò äèôôóçèè âçàèìîäåéñòâóþùèõ âåùåñòâ
SiO2(òâ.)+6HF(æèäê.) ( H2SiF6+2H2O, (15)
SiO2+CF4 ( SiF4+CO2. (16)
Ïóñòü r åñòü ñîîòíîøåíèå ìîëÿðíûõ îáúåìîâ
r=(m/d)/(M/D), (17)
Ðèñ. 7. Ïðîäóêò (Ð) ïîëíîñòüþ ïîêðûâàåò òðàâÿùóþñÿ ïîâåðõíîñòü è
áëîêèðóåò äîñòóï ê íåé ðåàãåíòà (R).Îñíîâíûå äèôôóçèîííûå ìîäåëè áûëè
ðàçðàáîòàíû Ôèêîì. Ôóíäàìåíòàëüíûì ÿâëÿåòñÿ ïðåäïîëîæåíèå î òîì, ÷òî
ïðîöåññû äèôôóçèè è òåïëîïðîâîäíîñòè îïèñûâàþòñÿ îäíèì è òåì æå òèïîì
óðàâíåíèé. Íà ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà ñóùåñòâóåò ãðàíèöà êîíöåíòðàöèè
(ðèñ. 8). Êîëè÷åñòâî âåùåñòâà dM, äèôôóíäèðóþùåå ÷åðåç ïîïåðå÷íóþ
ïëîùàäêó S çà âðåìÿ dt, ïðîïîðöèîíàëüíî S è, èñõîäÿ èç ðàçìåðíîñòè dM,
ãðàäèåíòó êîíöåíòðàöèè dC/dx â òî÷êå x íà ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà
ïëîùàäüþ S
dM/dt=-DSdC/dx, (18)
âåäåò ê óâåëè÷åíèþ S. Ïðè èîííî-ïëàçìåííîì èëè ðåàêòèâíî-èîííîì
òðàâëåíèè ìîæåò ïðîèñõîäèòü ýðîçèÿ ðåçèñòà. Èç ñîîòíîøåíèÿ
Ýéíøòåéíà-Ñòîêñà ñëåäóåò. ÷òî êîýôôèöèåíò äèôôóçèè D çàâèñèò îò âÿçêîñòè
(():
D=RT/(, (19) dM/dt=ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ (
(D (1/(, (20) (D=constT, (21) (=exp(Evis/RT), (22)
Evis=Eetch. (23)
Ðàçëè÷àþò òðè îñíîâíûõ òèïà òâåðäîôàçíîãî òðàâëåíèÿ :
1) õèìè÷åñêèé ïðîöåññ íà ïîâåðõíîñòè èäåò ìåäëåííî, è íàáëþäàåìàÿ
ñêîðîñòü ÿâëÿåòñÿ ñêîðîñòüþ ïîâåðõíîñòíîãî ïðîöåññà [r>1, óðàâíåíèå 17];
2) õèìè÷åñêèé ïðîöåññ íà ïîâåðõíîñòè íàñòîëüêî áûñòð, ÷òî êîíâåêöèÿ è
äèôôóçèÿ íå ìîãóò îáåñïå÷èâàòü äîñòàòî÷íîé êîíöåíòðàöèè ðåàãåíòà ó
ïîâåðõíîñòè, r>1. Íàáëþäàåìàÿ ñêîðîñòü ÿâëÿåòñÿ ñêîðîñòüþ ïåðåíîñà
(äèôôóçèè) ê ïîâåðõíîñòè;
3) ñêîðîñòü äèôôóçèè è õèìè÷åñêîé ðåàêöèè îäíîãî ïîðÿäêà (ïîòðåáëåíèå
ðåàãåíòà â ðåàêöèè ñîèçìåðèìî ñ åãî ïåðåíîñîì â ðåçóëüòàòå äèôôóçèè),
îäíàêî êîíöåíòðàöèÿ ðåàãåíòà íà ïîâåðõíîñòè íå ñíèæàåòñÿ íà ñòîëüêî ,
÷òîáû ñäåðæèâàòü ðåàêöèþ. Ïðîñòåéøèé ïðèìåð óðàâíåíèÿ äëÿ ñêîðîñòè -
ïðîöåññ òèïà (1)
dM/dt= k1SC, (24)
ãäå S - ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè, Ñ - êîíöåíòðàöèÿ òðàâèòåëÿ. Çäåñü
ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ñêîðîñòü èìååò ïåðâûé ïîðÿäîê ïî îòíîøåíèþ ê
êîíöåíòðàöèè òðàâèòåëÿ, è íå ó÷èòûâàåòñÿ ïðîìåæóòî÷íîå ïîãëîùåíèå è
âëèÿíèå íåðîâíîñòåé ïîâåðõíîñòè.
 ðåàêöèÿõ òèïà (2) íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ýôôåêòèâíóþ òîëùèíó (() ñëîÿ
ãðàäèåíòà êîíöåíòðàöèè (ðèñ. 8) è ïðèìåíÿòü çàêîí Ôèêà [óðàâíåíèÿ 18 è
19]:
dM/dt=DSC/(=k2SC. (25)
 ïðîöåññàõ òèïà (3) ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ òðàâèòåëÿ íà
ïîâåðõíîñòè ðàâíà Ñs (s-(surface():
dM/dt=k1SCs=k2S(C-Cs). (26)
Åñëè ðàçíîñòü ýôôåêòèâíûõ ïëîùàäåé ó÷èòûâàåòñÿ â k1, òî
dM/dt=k1k2SC/(k1+k2)=k3SC (27)
Óðàâíåíèÿ (24), (25), (26) ôîðìàëüíî ïðåäñòàâëÿþò îäíî è òî æå
óðàâíåíèå, è ïîýòîìó íåîáõîäèìî ðàñïîëàãàòü ýêñïåðèìåíòàëüíûì êðèòåðèåì
äëÿ ðàçëè÷åíèÿ òðåõ îïèñàííûõ òèïîâ òðàâëåíèÿ. Íåêîòîðûå îòëè÷èÿ
ïðèâîäÿòñÿ íèæå.
Õàðàêòåðíûìè ïðèçíàêàìè ðåàêöèè, êîíòðîëèðóåìîé äèôôóçèåé, ÿâëÿþòñÿ:
1) Ýíåðãèÿ àêòèâàöèè çàâèñèò îò âÿçêîñòè è ðàâíà 1-6 êêàë/ìîëü
[óðàâíåíèå 23].
2) Ñêîðîñòü ðåàêöèè óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè ïåðåìåøèâàíèè ðåàãåíòà.
Èñêëþ÷åíèå ñîñòàâëÿåò ýôôåêò àâòîêàòîëèçà NO ïðè òðàâëåíèè êðåìíèÿ â
HNO3. Ïðîäóêòû ýòîé ðåàêöèè (NO) ñïîñîáñòâóþò åå æå ðàçâèòèþ.
Èíòåíñèâíîå ïåðåìåøèâàíèå ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ñêîðîñòè ðåàêöèè.
3) Âñå ìàòåðèàëû íåçàâèñèìî îò îðèåíòàöèè êðèñòàëëè÷åñêèõ ïëîñêîñòåé
òðàâÿòñÿ ñ îäèíàêîâîé ñêîðîñòüþ.
4) Ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ïðè ïåðåìåøèâàíèè ðàñòåò. Èñêëþ÷åíèåì ÿâëÿåòñÿ
òðàâëåíèå êðåìíèÿ â HNO3 ((H=100 êêàë/ìîëü), â õîäå êîòîðîãî
çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî òåïëà, âûäåëÿåìîå â ðåçóëüòàòå ýêçîòåðìè÷åñêîé
ðåàêöèè, ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè äèôôóçèè è ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ.
Ïåðåìåøèâàíèå â ýòîì ñëó÷àå ïðèâåëî áû ê óìåíüøåíèþ ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ
èç-çà äèññèïàöèè òåïëà.
Õàðàêòåðíûìè ïðèçíàêàìè ïðîöåññîâ, êîíòðîëèðóåìûõ ñêîðîñòüþ õèìè÷åñêîé
ðåàêöèè [óðàâíåíèå 24], ÿâëÿþòñÿ:
1) çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè ðåàêöèè îò êîíöåíòðàöèè òðàâèòåëÿ;
2) îòñóòñòâèå çàâèñèìîñòè ñêîðîñòè îò ïåðåìåøèâàíèÿ;
3) ýíåðãèÿ àêòèâàöèè ñîñòàâëÿåò 8-20 êêàë/ìîëü.
Æèäêîñòíîå òðàâëåíèå.
Ïðè æèäêîñòíîì òðàâëåíèè ìåòàëëîâ ïðîèñõîäÿò
îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûå ðåàêöèè, à â ñëó÷àå íåîðãàíè÷åñêèõ
îêñèäîâ - ðåàêöèè çàìåùåíèÿ (êèñëîòíî-îñíîâíûå).
Òðàâëåíèå SiO2.
Àìôîðíûé èëè ïëàâëåíûé êâàðö,- ýòî ìàòåðèàë, â êîòîðîì êàæäûé àòîì
êðåìíèÿ èìååò òåòðàýäðè÷åñêîå îêðóæåíèå èç ÷åòûðåõ àòîìîâ êèñëîðîäà. Â
ñòåêëîîáðàçíûõ ìàòåðèàëàõ ìîãóò ñîñóùåñòâîâàòü êàê êðèñòàëëè÷åñêàÿ, òàê
è àìîðôíàÿ ôàçû. Íàïûëåííûé êâàðö ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àìîðôíûé SiO2 èç
òýòðàýäðîâ SiO4. Â ïðîöåññå ðåàêöèè òðàâëåíèÿ ýëåìåíòàðíûé ôòîð ìîæåò
ëåãêî çàìåùàòü àòîì Î â SiO2, òàê êàê ôòîð îáëàäàåò ìåíüøèì èîííûì
ðàäèóñîì (0.14 íì), ÷åì Si(O (16 íì). Ýíåðãèÿ ñâÿçè Si(F â 1.5 ðàçà
ïðåâûøàåò ýíåðãèþ ñâÿçè Si(O. Íèæå ïåðå÷èñëåíû îñíîâíûå äîñòîèíñòâà
àìîðôíûõ ïëåíîê SiO2, ïðèìåíÿåìûõ â ïîëóïðîâîäíèêîâîé ýëåêòðîíèêå:
1) õîðîøàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ èçîëÿöèÿ;
2) áàðüåð äëÿ èîííîé äèôôóçèè è èìïëàíòàöèè;
3) íèçêèå âíóòðåííèå íàïðÿæåíèÿ;
4) âûñîêàÿ ñòåïåíü ñòðóêòóðíîãî ñîâåðøåíñòâà è îäíîðîäíîñòè ïëåíêè;
5) èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå êîíôîðìíûõ ïîêðûòèé, âêëþ÷àÿ è ïîêðûòèÿ
ñòóïåíåê;
6) âûñîêàÿ ÷èñòîòà, îäíîðîäíàÿ ïëîòíîñòü è îòñóòñòâèå ñêâîçíûõ ïîð.
Àìîðôíûé SiO2 ðàçëè÷íûõ òèïîâ ïîëó÷àþò ìåòîäàìè õèìè÷åñêîãî îñàæäåíèÿ èç
ïàðîâîé ôàçû, ðàñïûëåíèÿ, îêèñëåíèÿ â ïàðàõ âîäû.
Èç-çà âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé îêñèäû, îñàæäåííûå ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè,
èìåþò ðàçëè÷èÿ â ñòðîåíèè áëèæíåãî ïîðÿäêà, êîòîðûå âëèÿþò íà ñêîðîñòü
òðàâëåíèÿ (òàáë. 3).
Òàáëèöà 3. Ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ SiO2 â áóôåðíîì ðàñòâîðå (7;1) HF.
Ìåòîä ïîëó÷åíèÿ îêñèäà Îòíîñèòåëüíàÿ ñêîðîñòü
òðàâëåíèÿ (ìêì/ìèí)
Òåðìîîêèñëåíèå â ïàðàõ âîäû1)
Àíîäíûé ðîñò
Ïèðîëèòè÷åñêèé
Ðàñïûëåíèå
Ëåãèðîâàííûé îêñèä
1.0
8.5
3-10
0.5
3-5
1) Ïðèìåðíî 0.1 ìêì/ìèí (20îÑ).
Òðàâëåíèå SiO2 â âîäíîì ðàñòâîðå HF ÷åðåç ôîòîðåçèñòíóþ ìàñêó ïðîòåêàåò
èçîòðîïíî áëàãîäàðÿ ýôôåêòó ïîäòðàâëèâàíèÿ, êîòîðûé óñèëèâàåòñÿ
÷àñòè÷íûì îòñëàèâàíèåì ðåçèñòà. Ïî÷òè àíèçîòðîïíûå âåðòèêàëüíûå ïðîôèëè
ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ïðè èñïîëüçîâàíèè òâåðäîé è ñâîáîäíîé îò íàïðÿæåíèé
ìàñîê èç Si3N4 (ðèñ. 9). Êîñûå êðîìêè ïîëó÷àþò ïðè èñïîëüçîâàíèè 30:1
(ïî âåñó) ðàñòâîðà NH4F â HF. Óõóäøåíèå àäãåçèè ðåçèñòà èëè, íàîáîðîò,
åãî õîðîøåå ñöåïëåíèå (Si3N4) ñ ïîâåðõíîñòüþ SiO2 ìîæåò ïðèâåñòè ê
âîçíèêíîâåíèþ òðåõ ðàçëè÷íûõ ïðîôèëåé òðàâëåíèÿ. Õèìèÿ òðàâëåíèÿ SiO2
âêëþ÷àåò íóêëåîôèëüíîå âîçäåéñòâèå ôòîðèäíûõ ãðóïï íà ñâÿçè Si(O. Â
áóôåðíîì ðàñòâîðå HF (7 ÷àñòåé 40-ïðîöåíòíîé NH4F ê îäíîé ÷àñòè
êîíöåíòðèðîâàííîé HF) äîìèíèðóþò äâà òèïà ÷àñòèö:
Ðèñ. 9. ïðîôèëè ïîëó÷åííûå ïðè èñïîëüçîâàíèè æèäêîñòíîãî òðàâèòåëÿ 6:1
NH4/HF ñ ðàçëè÷íûìè ìàñêàìè: à-ìàñêà Si3N4; á-ôîòîðåçèñòíàÿ ìàñêà. Â
ñëó÷àå (â) òðàâëåíèå â ñìåñè 30:1 NH4F/HF ïðîâîäèëîñü ÷åðåç ìàñêó
ôîòîðåçèñòà.
HF (k1( H+ + F-, k1=10-3, (28)
HF+F- (k2( HF-2, k2=10-1. (29)
Îñíîâíîé ÷àñòèöåé â áóôåðíîì ðàñòâîðå HF ÿâëÿåòñÿ HF-2. Ýòà ñèñòåìà
÷óâñòâèòåëüíà ê ïåðåìåøèâàíèþ è, ñêîðåå âñåãî, ÿâëÿåòñÿ
äèôôóçèîííî-êîíòðîëèðóåìîé. Íà ðèñ. 10 ïîêàçàíà ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü
ñêîðîñòè ðàñòâîðåíèÿ îò êîíöåíòðàöèè HF-2 è HF. Òàêèì îáðàçîì, ñêîðîñòü
óìåíüøåíèÿ òîëùèíû SiO2 ðàâíà
d(SiO2)/dt=A(HF)+B(HF-2)+C, (30)
Íåðàçáàâëåííûé ðàñòâîð HF äèññîöèèðóåò òîëüêî äî 10-3, è ñêîðîñòü
òðàâëåíèÿ â íåì ïðèìåðíî â 4 ðàçà ìåíüøå (0.925 ìêì/ìèí). Íåðàçáàâëåííûé
ðàñòâîð HF ÿâëÿåòñÿ òàêæå õîðîøî ïðîíèêàþùèì âåùåñòâîì, è ïîýòîìó îí
ëåãêî äèôôóíäèðóåò ñêâîçü ðåçèñòíóþ ïëåíêó, ñîçäàâàÿ â íåé êàíàëû è
ñëó÷àéíûå îòñëîåíèÿ îò ïîäëîæêè.
Ìîæíî ïðåäñòàâèòü, ÷òî àòàêà áèôòîðèäíûì èîíîì ïîâåðõíîñòè äèîêñèäà
êðåìíèÿ âêëþ÷àåò ïðîìåæóòî÷íîå ñîñòîÿíèå
Âî âçàèìîäåéñòâèè HF ñ îêñèäîì êðåìíèÿ ó÷àñòâóþò, âåðîÿòíî,
ïîâåðõíîñòíûå ñîñòîÿíèè
 êîíöå êîíöîâ ôòîð çàìåùàåò êèñëîðîä. Àòîìû âîäîðîäà ïðèñîåäèíÿþòñÿ ê
àòîìó êèñëîðîäà íà ïîâåðõíîñòè SiO2, à â êîîðäèíàöèîííóþ ñôåðó SiF4
âêëþ÷àþòñÿ äâà èëè áîëåå èîíîâ ôòîðà, òàê ÷òî â ðàñòâîðå îáðàçóåòñÿ
SiF62-. Îêîí÷àòåëüíî ðåàêöèÿ òðàâëåíèÿ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà êàê
6HF + SiO2 ( H2SiF6 + 2H2O (31)
Îáíàðóæåíî, ÷òî ïðè äîáàâëåíèè NH4F è H2F6 ê áóôåðíîìó ðàñòâîðó HF
ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ áëàãîäàðÿ îáðàçîâàíèþ HF2-. Ïðè ýòîì
íàêàïëèâàíèå H2SiF6 êîíêóðèðóåò ñ ïðîöåññîì îáðàçîâàíèÿ îñàäêà
(NH4)2SiF6 :
H2SiF6 + NH4F ( (NH4)2SiF6 + HF (32)
Äîáàâëåíèå áîëåå ñèëüíûõ íóêëåîôèëüíûõ âåùåñòâ (NH4Cl, -Br, -I) âåäåò ê
óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè (òàáë. 4), ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î ðàçâèòèè ïðîöåññà
÷åðåç íóêëåîôèëüíîå ñìåùåíèå.
Òàáëèöà 4. Âëèÿíèå ãàëîãåíà íà ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ SiO2.
Áóôåðíûé èîí Ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ (íì/ñåê)
F-
Cl-
Br-
I-
1.0
2.0
2.3
3.3
Òðàâëåíèå êðåìíèÿ.
Òðàâëåíèå êðåìíèÿ âêëþ÷àåò ñòàäèþ îêèñëåíèÿ
Si + [O] ( SiO2 + 14êêàë/ìîëü (33)
è ïîñëåäóþùåå òðàâëåíèå SiO2 :
6HF + SiO2 ( H2SiF6 + H2O - 11êêàë/ìîëü (31)
 òðàâèòåëå HF/HNO3 ïðîèñõîäèò ðåàêöèÿ
Si+2HNO3+6HF ( H2SiF6+2HNO3+ 2H2O+125êêàë/ìîëü (34)
Ðèñ. 11. Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ dM/dt îò âåëè÷èíû 1000/Ò ïðè
òðàâëåíèè Si â HNO3/HF.
Ðèñ. 12. Çàâèñèìîñòü ïðîèçâåäåíèÿ âÿçêîñòè íà ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ
(((dM/dt) îò òåìïåðàòóðû ëÿ òðàâëåíèÿ Si ïðè èñïîëüçîâàíèè ëåäÿíîé
óêñóñíîé êèñëîòû â êà÷åñòâå çàãóñòèòåëÿ.
Ïðè èçîòðîïíîì òðàâëåíèè êðåìíèÿ èñïîëüçóþòñÿ ìàñêè èç íåòðàâÿùèõñÿ
ìåòàëëîâ Si3N4 èëè SiO2 (èíîãäà äëÿ íåãëóáîêîãî òðàâëåíèÿ). Ðåçèñò
èñïîëüçóåòñÿ ðåäêî, òàê êàê HF(HNO3 áûñòðî ïðîíèêàåò ÷åðåç ïëåíêó. Äëÿ
òðàâëåíèÿ êðåìíèÿ èñïîëüçîâàëèñü òàêæå ùåëî÷íûå òðàâèòåëè
Si + 2OH- + H2O ( SiO2 + 2H2 (35)
Ýòèëåíäèàìèí, ãèäðàçèí è OH- äåéñòâóþò êàê îêèñëèòåëè, à ïèðîêàòåõèí è
ñïèðòû - êàê êîìïëåêñîîáðàçóþùèå àãåíòû äëÿ SiO3+. Êðîìå òîãî, âîäîðîä
ìîæåò çàìåäëèòü òðàâëåíèå ïîëèêðåìíèÿ. Äëÿ óäàëåíèÿ H2 ñ ïîâåðõíîñòè
äîáàâëÿþò ÏÀÂ.
Ðèñ. 13. ïðåèìóùåñòâåííîå òðàâëåíèå êðåìíèÿ âäîëü
êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ íàïðàâëåíèé <100> è <110>.
Ùåëî÷íûå ðåàãåíòû ÿâëÿþòñÿ â îñíîâíîì àíèçîòðîïíûìè òðàâèòåëÿìè ñ
ïðåèìóùåñòâåííûì âîçäåéñòâèåì íà êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèå ïëîñêîñòè ñ ìàëûìè
èíäåêñàìè. Ïëîòíîñòü ñâîáîäíûõ ñâÿçåé (äåôåêòîâ, îáóñëîâëåííûõ
ñâîáîäíûìè íåçàâåðøåííûìè ñâÿçÿìè ãðàíè÷íîé êðèñòàëëè÷åñêîé ïëîñêîñòè)
äëÿ ýòèõ ïëîñêîñòåé íàõîäèòñÿ â ñîîòíîøåíèè 1.00 : 0.71 : 0.58. Ïðè÷èíà
âûáîðà (100) - îðèåíòèðîâàííîãî ñðåçà êðåìíèÿ äëÿ àíèçîòðîïíîãî
òðàâëåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ýòî åäèíñòâåííàÿ èç îñíîâíûõ
ïëîñêîñòåé, â êîòîðîé ïëîñêîñòè (110), (111), (100) è (211) ïåðåñåêàþòñÿ
ñ ðåãóëÿðíîé ñèììåòðèåé. Ïîýòîìó ýòà îðèåíòàöèÿ íàèáîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíà
ïðè òðàâëåíèè ãëóáîêèõ êàíàâîê â êðåìíèè. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî
ãåîìåòðèÿ ïîâåðõíîñòè, ñîçäàâàåìîé èçîòðîïíûì òðàâëåíèåì, áóäåò çàâèñåòü
îò ãåîìåòðèè ïåðâîíà÷àëüíîé ïîâåðõíîñòè, òàê êàê âûïóêëûå ïîâåðõíîñòè
îãðàíè÷èâàþò áûñòðî òðàâÿùèåñÿ ïëîñêîñòè, à ìåäëåííî òðàâÿùèåñÿ
ïëîñêîñòè îñòàíàâëèâàþòñÿ íà âîãíóòîé ïîâåðõíîñòè. Â íàïðàâëåíèè<100>
ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ â 100 ðàç âûøå, ÷åì â íàïðàâëåíèè <111>. Íà ðèñ. 13
ïîêàçàí ïðèìåð ïðåèìóùåñòâåííîãî òðàâëåíèÿ 54î- îé êàíàâêè â ïåðåñå÷åíèè
110/100/111 ñìåñüþ KOH èçîïðîïàíîëà ïðè 85îÑ. KOH è èçîïðîïàíîë ÿâëÿþòñÿ
òðàâèòåëÿìè ñ ñîîòíîøåíèåì ñêîðîñòåé òðàâëåíèÿ 55:1 äëÿ íàïðàâëåíèé
<100> è <111>.
Ïðè äîáàâëåíèè ê òðàâèòåëþ ñïèðòîâ, êîòîðûå àäñîðáèðóþòñÿ
ïðåèìóùåñòâåííî íà ïëîñêîñòè (111), ìîæíî îñóùåñòâèòü àíèçîòðîïíîå
òðàâëåíèå â äðóãèõ íàïðàâëåíèÿõ. Ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ ëèìèòèðóåòñÿ
äèôôóçèåé ñ ýíåðãèåé àêòèâàöèè 4 êêàë/ìîëü, òàê êàê ùåëî÷ü äîëæíà
äèôôóíäèðîâàòü ñêâîçü áàðüåð èç êîìïëåêñîâ êðåìíèÿ.
Ðèñ. 14. Àíèçîòðîïíîå (à) è èçîòðîïíîå (á) æèäêîñòíîå
òðàâëåíèå ýïèòàêñèàëüíîãî êðåìíèÿ.
Äðóãîé òðàâèòåëü äëÿ ìîíî- è ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ñîñòîèò èç
ýòèëåíäèàìèíà è ïèðîêàòåõèíà è èìååò ýíåðãèþ àêòèâàöèè 8 êêàë/ìîëü:
2NH2(CH2)2NH2+Si+3((OH)2 (
( 2H2+Si((O2)3+2NH2(CH2)3NH3 (36)
Ïðè äîáàâëåíèè ê ðåàãåíòàì 1000 ppm (1 ppm=1÷àñòü íà ìèëëèîí)
àðîìàòè÷åñêîãî ïèðàçèíà äîñòèãàëîñü óâåëè÷åíèå ýíåðãèè àêòèâàöèè äî 11
êêàë/ìîëü è ñåëåêòèâíîñòè òðàâëåíèÿ ïëîñêîñòåé (100) è (111) ñ 10 äî 20.
Òðàâëåíèå êðåìíèÿ ïðèìåíÿåòñÿ òàêæå ñ äèàãíîñòè÷åñêèìè öåëÿìè äëÿ
âûÿâëåíèÿ òî÷å÷íûõ ïðîêîëîâ SiO2. Êðåìíèé, ëåãèðîâàííûé áîðîì, òðàâèòñÿ
ìåäëåííåå íåëåãèðîâàííîãî êðåìíèÿ.
Òàáëèöà 5. Èçîòðîïíîå è àíèçîòðîïíîå òðàâëåíèå êðåìíèÿ.
Òðàâèòåëü
Ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ, ìêì/ìèí
Ïîäòðàâëèâàíèå (ìêì/ñòîðîíó)1)
PS ES BS PS ES BS
Èçîòðîïíûé2)
Èçîòðîïíûé3)
Àíèçîòðîïíûé4) 3
0.8
0.7 4
0.6
0.9 4
0.5
1.1 1.5d
1.0d
(0.1-1.0)d 1.5d
1.0d
<0.1d 1.5d
1.0d
<0.1d
1) d- ãëóáèíà òðàâëåíèÿ. 2) HNO3 (65%)/HF(40%)/NaNO2=95/5 ìë/ã.
3) HNO3(65%)/H2O/HF(40%)=100/40/6ìë. 4) KOH/H2O/n-ïðîïàíîë=15ã/50/15 ìë.
Òàáëèöà 6. Èçîòðîïíûå òðàâèòåëè äëÿ êðåìíèÿ.
Òðàâèòåëü
Ïðèìåíåíèå
HF, HNO3, CH3COOH
HF, HNO3, CH3COOH
HF, KMnO4, CH3COOH
HF, HNO3, H2O2+NH4OH
HF, HNO3, CH3COOH
HF, HNO3
NH4F, H2O2
HF, HNO3, I2
HF, HNO3, CH3COOH
HNO3, HBF4, NH4BF4
NH4F, H2O2, NH4HPO4
KOH+ñïèðò
Âñå ðàçíîâèäíîñòè Si
Íèçêîîìíûé Si
Ýïèòàêñèàëüíûé Si
Óäàëåíèå ïðèìåñåé Cu
pnp - ìíîãîñëîéíûå ñòðóêòóðû
pnp - ìíîãîñëîéíûå ñòðóêòóðû
Ìèíèìàëüíîå ïîäòðàâëèâàíèå
Îáùåå òðàâëåíèå
Ïîäòðàâëèâàíèå ïëîñêîñòè (100)
Ìàñêà èç ðåçèñòà AZ-1350
Ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ, Si/ÔÑÑ=2/1
Ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèé Si
Òàáëèöà 7. Àíèçîòðîïíûå òðàâèòåëè äëÿ êðåìíèÿ.
Òðàâèòåëü
Ïðèìåíåíèå
Ýòèëåäèàìèí, ïèðîêàòåõèí, H7O
Ýòèëåäèàìèí, ïèðîêàòåõèí
Ãèäðàçèí, ÈÏÑ, H2O
ÊÎÍ, sec-ñïèðòû
ÊÎÍ, ýòèëåíãëèêîëü
Äèàìèíû, ÊÎÍ, ÈÏÑ
ÊÎÍ, ÈÏÑ, H2O
R3N+OH, ÈÏÑ, H2O
R3N+OH, ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíîå âå-ùåñòâî
R3N+OH
H3PO4+ñëåäû As2O3
CuF2, ìàñêà èç ðåçèñòà AZ-1350
100
SiO2, Si3N4, âûÿâëåíèå òî÷å÷íûõ ïðîêîëîâ
100, Al-ìàñêà
100
Òåêñòðóðèðîâàíèå ýëåìåíòîâ ñîëíå÷-íûõ áàòàðåé
Íå ðàçðóøàåòñÿ Al
100
100
H2
Óñòðàíåíèå Na+ èç òðàâèòåëÿ
n-òèï
Ýëåêòðîëèòè÷åñêîå òðàâëåíèå
Òðàâëåíèå ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóð.
Òðàâëåíèå ðàçëè÷íûõ ñëîåâ ìíîãîñëîéíîé ñòðóêòóðû ïðîâîäèòñÿ â îäíîì
òðàâèòåëå ïðîñòîãî èëè ñëîæíîãî ñîñòàâà. Æåëàòåëüíî ïîëüçîâàòüñÿ
îäíîêîìïîíåíòíûì òðàâèòåëåì. Îñíîâíàÿ ïðîáëåìà çàêëþ÷àåòñÿ â âûáîðå
òðàâèòåëÿ, îáåñïå÷èâàþùåãî îäèíàêîâóþ ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ âñåõ ñëîåâ, ÷òî
ïðåäîòâðàùàåò îáðàçîâàíèå “åëî÷íîãî” ïðîôèëÿ. Íàèáîëåå èíòåíñèâíî
èçó÷àëîñü òðàâëåíèå ñàíäâè÷à Si3N4/SiO2, ðàâåíñòâî ñêîðîñòåé òðàâëåíèÿ
êîòîðîãî òðåáóåòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ îêîí ñ ãëàäêèìè íàêëîííûìè ñòåíêàìè.
Ïëåíêè Si3N4 òðàâÿòñÿ ëèøü â HF èëè â êèïÿùåé H3PO4 ïðè 180îÑ.  ñòîëü
æåñòêèõ óñëîâèÿõ íè îäèí èç îðãàíè÷åñêèõ ðåçèñòîâ íå âûäåðæèâàåò.
Òðàâëåíèå Si3N4 â HF ïðîèñõîäèò ïî òîìó æå çàêîíó, êîòîðûé îïðåäåëèë
Äæàäæ äëÿ òðàâëåíèÿ SiO2:
Cêîðîñòü òðàâëåíèÿ=À(HF)+B(HF2-)+C (37)
Êåðí è Äåêêåðò âñåñòîðîííå ðàññìîòðåëè òðàâëåíèå Si3N4. Â HF ìîäíî
ïîëó÷èòü ðàâíûå, íî íåáîëüøèå - îêîëî 10 íì/ìèí - ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ
Si3N4 è SiO2: 1) ïîäáîðîì òåìïåðàòóðû è 2) ñîîòíîøåíèÿ HF/HF2-. Ñêîðîñòü
òðàâëåíèÿ îêñèäà ìîæíî ñíèçèòü äî 10 íì/ìèí, ðàçáàâëÿÿ 10%-íóþ
ïëàâèêîâóþ êèñëîòó. Ïðè íèçêîé êîíöåíòðàöèè HF ðàñòâîðåíèå SiO2
ëèìèòèðóåòñÿ íå ñêîðîñòüþ ðåàêöèè, à äèôôóçèåé (4 êêàë/ìîëü). Ïîäáèðàÿ
òåìïåðàòóðó ñìåñè ôîñôîðíîé èëè ôòîðáîðíîé êèñëîò, ìîæíî äîâåñòè
ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ SiO2 è Si3N4 äî 10 íì/ìèí. Ôîñôîðíàÿ êèñëîòà, îäíàêî,
ðàçðóøàåò íèæåëåæàùèå ñëîè Si è Al, ÷òî ìîæåò áûòü óìåíüøåíî äîáàâëåíèåì
ñåðíîé êèñëîòû. Äîáàâêà äèîëåôèíîâ òàêæå ïðåäîòâðàùàåò ðàçðóøåíèå
íèæåëåæàùåãî ñëîÿ Al.
Áîëåå âûñîêèå, íî ðàâíûå ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ áûëè ïîëó÷åíû çà ñ÷åò
èçìåíåíèÿ âÿçêîñòè òðàâèòåëÿ ïðè äîáàâëåíèè ãëèöåðèíà èëè äðóãèõ âÿçêèõ
ñïèðòîâ (äî 50% ïî ìàññå), çàìåùàþùèõ âîäó. Äëÿ ñìÿã÷åíèÿ äåéñòâèÿ HF
äîáàâëÿåòñÿ òàêæå NH4F. Òèïè÷íûå êðàÿ ïðîôèëåé òðàâëåíèÿ â Si3N4/SiO2
ïîêàçàíû íà ðèñ. 16.
 äðóãîì ïîäõîäå, âêëþ÷àþùåì â ñåáÿ îáðàòíîå òðàâëåíèå, èñïîëüçóåòñÿ
ñëîé âîëüôðàìà, íàíåñåííûé ïîâåðõ SiO2/ Si3N4 è ïðîðèñîâàííûé ÷åðåç
ðåçèñòíóþ ìàñêó. Ñíà÷àëà ïîäòðàâëèâàåòñÿ ñëîé îêñèäà, çàòåì óäàëÿåòñÿ W,
è ñëîé Si3N4 ïðîôèëèðóåòñÿ ÷åðåç îêñèäíóþ ìàñêó ñ òðåáóåìîé òîïîëîãèåé.
Êîìïðîìèññíûì ñîñòàâîì äëÿ òðàâëåíèÿ ñàíäâè÷à ðåçèñò / Si3N4/
áîðîñèëèêàòíîå ñòåêëî ÿâëÿåòñÿ ñìåñü 70% H3PO4, 29% ãëèöåðèíà è 1% HBF4
ïðè òåìïåðàòóðå 103îÑ. Ïðè áîëåå âûñîêèõ êîíöåíòðàöèÿõ HBF4 íàáëþäàåòñÿ
áûñòðàÿ ýðîçèÿ ðåçèñòîâ KTFR è AZ-1350.
Òðàâëåíèå àëþìèíèÿ.
Æèäêîñòíîå òðàâëåíèå ìåòàëëîâ âêëþ÷àåò â ñåáÿ ìíîãèå ýëåêòðîõèìè÷åñêèå
ïðîöåññû. Õèìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ âûçûâàåò ïðîòåêàíèå òîêà, ïðè÷åì ìåòàëë
ÿâëÿåòñÿ àíîäîì
M ( Mn+ + ne. (38)
Áîëüøèíñòâî ìåòàëëîâ ïîêðûòî åñòåñòâåííûì îêèñëîì. Äëÿ óäàëåíèÿ ýòîãî
ïàññèâèðóþùåãî ñëîÿ äîáàâëÿåòñÿ âñïîìîãàòåëüíûé òðàâèòåëü.
Èçâåñòíî áîëüøîå ÷èñëî ðàçëè÷íûõ íåîðãàíè÷åñêèõ îêèñëèòåëåé. Íàèáîëåå
ïðîñòûå ñîäåðæàò Í+. Îñíîâíàÿ çàäà÷à õèìèêà-òåõíîëîãà çàêëþ÷àåòñÿ â
âûáîðå ïîäõîäÿùåãî îêèñëèòåëÿ, óäîâëåòâîðÿþùåãî òðåáîâàíèÿì
òåðìîäèíàìèêè:
(F = -nÔ(Å, (39)
ãäå (F - ñâîáîäíàÿ ýíåðãèÿ, (Å - ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ îêèñëåíèÿ è
âîññòàíîâëåíèÿ (òàáë. 8).
Òàáëèöà 8. Ìåòàëëû è îêèñëèòåëè.
Ìåòàëë
Îêèñëèòåëü
Ìåòàëë
Îêèñëèòåëü
Al
Zn
Cr
Ni
F2
H2O2
MnO4-
Cr2O72-
Sn
Cu
Ag
Au
Br2
HNO3
Fe2+
I2
Æèäêîñòíîå òðàâëåíèå Al èçîòðîïíî è ñîïðîâîæäàåòñÿ óõîäîì êðàÿ ïðîôèëÿ
òðàâëåíèÿ (ðèñ. 1) íà 1-2 ìêì. Âîñïðîèçâîäèìîñòü ðàçìåðîâ ïðè òðàâëåíèè
ïàðòèè ïëàñòèí ñîñòàâëÿåò (1 ìêì. Ñòðóêòóðû îáû÷íî ïåðåòðàâëåíû, òàê êàê
ìåòàëëè÷åñêèå ïëåíêè ñîäåðæàò äåôåêòû - çåðíà, ïðåöèïèòàòû, à òàêæå
ïîäâåðæåíû íàïðÿæåíèÿì.
Ìåòàëëû ïðè êîíòàêòå äðóã ñ äðóãîì èçìåíÿþò ñâîé ýëåêòðîõèìè÷åñêèé
ïîòåíöèàë [ñì. ôîðìóëó (38)] (ãàëüâàíè÷åñêèé ýôôåêò), ÷òî óñêîðÿåò èõ
ñîáñòâåííîå òðàâëåíèå è âåäåò ê ñèëüíîìó ïîäòðàâëèâàíèþ íèæåëåæàùåãî
ìåòàëëè÷åñêîãî ñëîÿ. Íàïðèìåð, ñëîé Al â NaOH ñòðàâëèâàåòñÿ ñàì ïî ñåáå
çà 7 ìèí. Ïðè êîíòàêòå ñ Pt/Au åãî òðàâëåíèå îêàí÷èâàåòñÿ ÷åðåç 1 ìèí.
Òðàâèòåëè äëÿ àëþìèíèÿ.
Òðàâëåíèå àëþìèíèÿ ïðîâîäèòñÿ â ùåëî÷íîé èëè êèñëîòíîé ñðåäå. Øèðîêî
ïðèìåíÿåòñÿ òðàâèòåëü, ñîñòîÿùèé èç êîíöåíòðèðîâàííîé H3PO4 (76%),
ëåäÿíîé óêñóñíîé êèñëîòû (15%), êîíöåíòðèðîâàííîé àçîòíîé êèñëîòû (3%) è
âîäû (5%) ïî îáúåìó. Ñîãëàñíî èññëåäîâàíèÿì, ïðîöåññ ñîñòîèò èç äâóõ
ñòàäèé - ôîðìèðîâàíèÿ Al3+ è îáðàçîâàíèÿ AlPO4, êîíòðîëèðóåìûõ
ñêîðîñòÿìè ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåàêöèé:
Al2O3 (ìåäëåííî( Al (-3åHNO3( Al3+ (áûñòðî(
(áûñòðî( Ïëåíêà (ìåäëåííî( Ðàñòâîðèìûé AlPO4. (40)
Âîäà â ôîñôîðíîé êèñëîòå ïðåïÿòñòâóåò ðàñòâîðåíèþ Al2O3, íî îíà
ñïîñîáñòâóåò ðàñòâîðåíèþ âòîðè÷íîãî ïðîäóêòà AlPO4. Ñèëà òîêà
ïðîïîðöèîíàëüíà ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ. Åñëè òîê ïðèëîæåí ê àëþìèíèþ, òî
îòìå÷àåòñÿ àíèçîòðîïèÿ òðàâëåíèÿ.
Ýíåðãèÿ àêòèâàöèè òðàâëåíèÿ Al â H3PO4/HNO3 ðàâíà 13.2 êêàë/ìîëü, ÷òî
ïðåäïîëàãàåò îãðàíè÷åíèå ïðîöåññà ñêîðîñòüþ ðàñòâîðåíèÿ Al2O3 â H3PO4.
Âûäåëÿåìûé ãàç åñòü ñìåñü Í2, NO è NO2. Àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè
Al ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííîé ïðîáëåìîé ïðè èñïîëüçîâàíèè âÿçêèõ òðàâèòåëåé.
Ïóçûðüêè ñïîñîáíû çàìåäëÿòü òðàâëåíèå - ïîä íèìè îáðàçóþòñÿ îñòðîâêè
íåäîòðàâëåííîãî ìåòàëëà, êîòîðûå ìîãóò çàìûêàòü áëèçêî ðàñïîëîæåííûå
ïðîâîäíèêè.
Íåîæèäàííûì ïðèìåíå-íèåì àäñîðáöèè ïóçûðü-êîâ ÿâèëîñü åå èñïîëü-çîâàíèå
äëÿ ñãëàæèâàíèÿ êðàåâ ïðîôèëÿ ïðè òðàâëåíèè æåëåçîíèêå-ëåâûõ ïëåíîê â
HNO3 (ðèñ. 17). Êàê òîëüêî íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ òðàâ-ëåíèÿ, ïóçûðüêè îêèñè
àçîòà ñîáèðàþòñÿ âäîëü áîêîâîé êðîìêè. Àäñîð-áèðîâàííûé ïðîìåæóòî÷-íûé
ïðîäóêò NO2 äåéñòâóåò êàê ñèëüíûé îêèñëèòåëü ïðè òðàâëåíèè ìåòàëëà, è
òðàâëåíèå â áîêîâîì íàïðàâëåíèè óñêîðÿåòñÿ. Àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà áîêîâîé
ñòåíêå (ðèñ. 17) èñïîëüçîâàëàñü òàêæå äëÿ ñíèæåíèÿ áîêîâîãî
ïîäòðàâëèâàíèÿ Al ïðè åãî òðàâëåíèè â Í3ÐÎ4. Ñíèæåíèå äàâëåíèÿ â êàìåðå
òðàâëåíèÿ ñ 105 äî 103 Ïà ïðèâîäèëî ê óìåíüøåíèþ ïîäòðàâëèâàíèÿ ñ 0.8 äî
0.4 ìêì. Â ðåçóëüòàòå àäñîðáöèè ìåëêèõ ïóçûðüêîâ âîäîðîäà íà áîêîâîé
ñòåíêå íà íåé îáðàçîâûâàëñÿ ýôôåêòèâíûé äèôôóçèîííûé áàðüåð.
Äëÿ ñíèæåíèÿ áîêîâîãî ïîäòðàâëèâàíèÿ Al ñ 1.0 äî 0. 25 ìêì áûëî
ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî òðàâèòåëåé (òàáë. 9), ñîäåðæàùèõ äîáàâêè ñàõàðîçû
(ïîëèñïèðòà) è ÏÀÂ.
Òàáëèöà 9. Òðàâèòåëè äëÿ àëþìèíèÿ.
Òðàâèòåëü
Ðåçèñò1)
Ïðèìåíåíèå
1. Na3PO4, Na2CO3, K3FeCN6
2. K3FeCN6
3. H3PO4, HCLO4, H2O, ÏÀÂ
4. H3PO4, HNO3, ÏÀÂ, ñàõàðîçà
5. HCl
6. HCl, HNO3, Cu(NO3)2
7. Ùåëî÷ü, èçîïðîïàíîë
8. ÄÍÕ-ïðîÿâèòåëü
ÄÕÍ, ÀÊ
ÀÊ
ÄÕÍ,ÀÊ
ÀÊ
ÀÊ
Óìåíüøåíèå ïîäòðàâëèâàíèÿ äî 0.5 ìêì
Ìèíèìèçàöèÿ êîëè÷åñòâà ïóçûðüêîâ
Óìåíüøåíèå ïîäòðàâëèâàíèÿ
Ïîäòðàâëèâàíèå 0.25 ìêì
Âñå ãàëüâàíè÷åñêè îñàæäåííûå ìåòàëëû, âêëþ÷àÿ Al; òðàâëåíèå ðàñïûëåíèåì
ýëåêòðîëèòà, óñòðàíåíèå ïîäòðàâëèâàíèÿ
Óñòðàíåíèå íåîäíîðîäíîñòè òðàâëåíèÿ Al/Cu
Óíèâåðñàëüíûé òðàâèòåëü
Al ðàçðóøàåòñÿ ïðè äîñòàòî÷íîé êîíöåíòðàöèè ïðîÿâèòåëÿ
1) ÀÊ - öèêëîêàó÷óê ñ àçèäàìè, ðåçèñòû òèïà KTFR; ÄÕÍ - íîâîëàê ñ
õèíîíäèàçèäàìè, ðåçèñòû òèïà AZ-1350.
Íåêà÷åñòâåííî òðàâëåíèå Al îáóñëîâëåíî íåñêîëüêèìè ôàêòîðàìè :
1) íåäîïðîÿâëåííûé ðåçèñò;
2) íåðàâíîìåðíîñòü òîëùèíû;
3) íàïðÿæåíèÿ â ïëåíêàõ ïîâåðõ ñòóïåíåê;
4) ãàëüâàíè÷åñêîå óñêîðåíèå òðàâëåíèÿ èç-çà íàëè÷èÿ ïðåöèïèòàòîâ Al-Cu;
5) íåðàâíîìåðíîñòü òîëùèíû îêèñëà;
6) íåñòàáèëüíîñòü òåìïåðàòóðû (>(1îÑ).
Ýòè ôàêòîðû ïðèâîäÿò ê ïåðåòðàâëèâàíèþ è çàêîðà÷èâàíèþ.
Õðîì ÿâëÿåòñÿ âòîðûì ïîñëå àëþìèíèÿ ìåòàëëîì, íàèáîëåå ÷àñòî
ïîäâåðãàþùèìñÿ òðàâëåíèþ. Îí øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ïðè èçãîòîâëåíèè
ôîòîøàáëîíîâ.  êà÷åñòâå òðàâèòåëÿ èñïîëüçóåòñÿ ñóëüôàò öåðèÿ/HNO3.
Âñëåäñòâèå èíäóêöèîííîãî ýôôåêòà (ôîðìèðîâàíèÿ âåðõíåãî ñëîÿ Cr2O3)
òðàâëåíèå ïëåíêè íåëèíåéíî, è ïîýòîìó ìîìåíò îêîí÷àíèÿ òðàâëåíèÿ íå
ìîæåò áûòü îïðåäåëåí ïî åå íà÷àëüíîé òîëùèíå.
Ýëåêòðîõèìè÷åñêîå òðàâëåíèå.
Ðèñ. 18. Àâòîìàòèçàöèÿ îïðåäåëåíèÿ îêîí÷àíèÿ ïðîöåññà ïóòåì êîíòðîëÿ
òîêà I ïðè ýëåêòðî-õèìè÷åñêîì òðàâëåíèè.
ïîäíèìàåòñÿ äî ïèêîâîãî çíà÷åíèÿ âñëåä-ñòâèå ïîëÿðèçàöèè ýëåêòðîëèòà è
çàòåì ñíèæàåòñÿ äî ñòàöèîíàðíîãî çíà÷åíèÿ Iî. Îêîí÷àíèå òðàâëåíèÿ
ñîïðîâîæäàåòñÿ ôèêñèðîâàííûì ïðîöåíòíûì ñíèæåíèåì òîêà. Êîíòàêòíîå
ñîïðîòèâëåíèå äîëæíî áûòü íèçêèì (<1Îì(ñì), ÷òîáû îáåñ-ïå÷èòü òî÷íîå
ðåãóëèðîâàíèå òðåáóåìîé äëÿ òðàâëåíèÿ ñèëû òîêà. Ýëåêòðîõèìè-÷åñêîå
âîçäåéñòâèå àíàëîãè÷íî ðåàêòèâ-íîìó èîííî-ëó÷åâîìó òðàâëåíèþ, ïîñêîëüêó
èîíû äâèæóòñÿ íàïðàâëåííî.
Ïðàêòè÷åñêèå àñïåêòû æèäêîñòíîãî õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ.
Ïðàêòè÷åñêèå àñïåêòû æèäêîñòíîãî õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ (ÆÕÒ) ñâÿçàíû ñî
ñòàòè÷åñêìè è äèíàìè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ýòîãî ïðîöåññà, à òàêæå ñ
åãî êîíå÷íûìè ðåçóëüòàòàìè.
Òàáëèöà 10. Àñïåêòû ÆÕÒ.
Ñòàòòèñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè
Äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè
Ðåçóëüòàòû ÆÕÒ
Îäíîðîäíîñòü ïëåíêè
Ñîñòàâ ïëåíêè
Ìîëÿðíîñòü òðàâèòåëÿ
Ñîñòàâ òðàâèòåëÿ
Ðàçìåð èçîáðàæåíèÿ â ðåçèñòå
Òåìïåðàòóðà
Îáúåì òðàâèòåëÿ
Ðàçáðûçãèâàíèå òðàâèòåëÿ
Ïåðåìåøèâàíèå òðàâèòåëÿ
Ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ
Ýðîçèÿ ðåçèñòà
Îñëàáëåíèå àäãåçèè
Ìîìåíò ïðåêðàùåíèÿ òðàâëåíèÿ
Èñòîùåíèå òðàâèòåëÿ
Ïîäòðàâëèâàíèå
Ïðîêîëû
Çàêîðà÷èâàíèå, ðàçðûâû
Äîïóñê íà èçìåíåíèå ðàçìåðîâ
Ñåëåêòèâíîñòü
Íàêëîí ñòåíîê
Èçìåíåíèå ðàçìåðîâ
Ê òðåì îñíîâíûì ïåðåìåííûì ïðîöåññà æèäêîñòíîãî òðàâëåíèÿ îòíîñÿòñÿ
òîëùèíà òðàâèìîãî ñëîÿ, òåìïåðàòóðà è âðåìÿ îáðàáîòêè. Ïåðåìåøèâàíèå
ðåàãåíòà íå èãðàåò ñóùåñòâåííîé ðîëè â ñëó÷àå îãðàíè÷åíèÿ ñêîðîñòè íà
ñòàäèè õèìè÷åñêîé ðåàêöèè. Ñêîðîñòü áîëüøèíñòâà ïðîöåññîâ æèäêîñòíîãî
òðàâëåíèÿ (HF) îãðàíè÷åíà ñêîðîñòüþ õèìè÷åñêîé ðåàêöèè. Òèïè÷íûå
ôëóêòóàöèè ïåðå÷èñëåííûõ ïåðåìåííûõ ìîãóò ïðèâåñòè ê ïåðåòðàâëèâàíèþ.
Ïåðåòðàâëèâàíèå èëè íåïîëíîå ñòðàâëèâàíèå ôàòàëüíî íå ñòîëüêî èç-çà
áîëüøîãî óõîäà ðàçìåðîâ, ñêîëüêî èç-çà òîãî, ÷òî îíî çàòðóäíÿåò
ïðîâåäåíèå ïîñëåäóþùèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé, íàïðèìåð äèôôóçèè. ×åì
òîëùå óäàëÿåìàÿ ïëåíêà, òåì áîëüøå óõîä ðàçìåðîâ âñëåäñòâèå
ïîäòðàâëèâàíèÿ è òåì áîëüøå äîïóñê íà ýòîò óõîä.
Ïðîêîëû óìåíüøàþò âûõîäû ãîäíûõ, ïðè÷åì âåëè÷èíà ýòîãî óìåíüøåíèÿ
îïðåäåëÿåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ êîíêðåòíîé ñõåìû ê ðàçìåðàì,
ìåñòîïîëîæåíèþ è ïëîòíîñòè äåôåêòîâ. Òðàâëåíèå ïåðåâîäèò òî÷å÷íûé äåôåêò
â ðåçèñòå â ðèñóíîê íà ïîäëîæêå. Åñëè ìàêñèìàëüíûé ðàçìåð ïðîêîëîâ ïî
ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñðàâíèì ñ èçìåíåíèåì ðàçìåðîâ ïðè ÆÕÒ (0.4-1.0 ìêì), òî
ðåçêî âîçðàñòàåò âåðîÿòíîñòü îáðàçîâàíèÿ ðàçðûâîâ â ñïëîøíûõ ëèíèÿõ.
Äðóãèå õàðàêòåðèñòèêè òðàâëåíèÿ.
Îäíîðîäíîìó ðàñïðåäåëåíèþ òåìïåðàòóðû â âàííå ñ ðåàãåíòîì ñïîñîáñòâóåò
ïåðåìåøèâàíèå. Óëüòðàôèëüòðàöèÿ ðàñòâîðà òðàâèòåëÿ â ïðîöåññå ÆÕÒ
ñ÷èùàåò ðåàãåíò îò îñòàòêîâ ðåçèñòà è äðóãèõ òâåðäûõ ÷àñòèö, ñïîñîáíûõ
áëîêèðîâàòü òðàâëåíèå. Âî èçáåæàíèå çàãðÿçíåíèé áà÷îê ñ òðàâèòåëåì
äîëæåí áûòü çàêðûò è èçîëèðîâàí îò äðóãîãî îáîðóäîâàíèÿ. Íåîáõîäèìî
òùàòåëüíî ïîäáèðàòü ñîâìåñòèìûå ñ ðåàãåíòîì ìàòåðèàëû ýëåìåíòîâ
óñòàíîâîê, èíà÷å íåèçáåæíû çàãðÿçíåíèÿ è óòå÷êè. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ìîìåíòà
îêîí÷àíèÿ òðàâëåíèÿ è îöåíêè âåëè÷èíû ïåðåòðàâëèâàíèÿ óäîáíî
îäíîâðåìåííî ïðîâîäèòü òðàâëåíèå äèôðàêöèîííûõ ðåøåòîê èëè ýëåìåíòîâ ñ
ìåíüøèì õàðàêòåðíûì ðàçìåðîì, ÷åì â îñíîâíîì èçîáðàæåíèè. Âðåìÿ æèçíè
ðåàãåíòà ìîæíî âû÷èñëèòü ïî ñòåõèîìåòðèè õèìè÷åñêîé ðåàêöèè. Íàïðèìåð,
äëÿ òðàâëåíèÿ 1 ìîëü SiO2 òðåáóåòñÿ 6 ìîëåé HF. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî íàäî
îáðàáîòàòü 25% ïëîùàäè 100-ìì ïëàñòèíû â áóôåðíîì ðàñòâîðå 2Ì HF ñ
ñîîòíîøåíèåì êîìïîíåíòîâ 1:7 ñîîòâåòñòâåííî (ñì. ðèñ. 10). Â âàííå
åìêîñòüþ 8 ëèòðîâ ñîäåðæèòñÿ 16 ìîëåé HF.
SiO2 + 6HF ( H2SiF6 + 2H2O. (41)
Ïîëàãàåì ïàäåíèå ñêîðîñòè òðàâëåíèÿ íà 20% ïðåäåëüíûì, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò
óìåíüøåíèþ êîíöåíòðàöèè HF òàêæå íà 20% (ðèñ.10). Äëÿ ïëåíêè SiO2
òîëùèíîé t=0.5 ìêì è ïëîòíîñòüþ ( âû÷èñëÿåì êîëè÷åñòâî óäàëåííûõ ìîëåé
SiO2:
Ìîëè SiO2 = ( r2 t (/ SiO2 =
= 3.14(25 ñì2) 5(10-5 ñì(2.3 ã/ñì3)/60 (42)
Íà îäíó ïëàñòèíó òðåáóåòñÿ 4.8(10-4 ìîëåé HF, ñëåäîâàòåëüíî, â íàøåé
âàííå ñ ó÷åòîì 20%-íîãî ïàäåíèÿ ñêîðîñòè (ýòî ñîîòâåòñòâóåò 3.2 ìîëÿì
HF) ìîæíî îáðàáîòàòü 25000 ïîäëîæåê. Åñëè ïðîèçâîäèòåëüíîñòü óñòàíîâêè
ðàâíà 500 ïëàñòèí â äåíü, òî ðàñòâîð â òàíêå ïðèäåòñÿ ìåíÿòü ðàç â 50
äíåé (åñëè ïðåíåáðå÷ü ïîòåðÿìè ìàòåðèàëà è çàãðÿçíåíèÿìè).
Çàêëþ÷åíèå.
Òðàâëåíèå - êðèòè÷åñêàÿ ñòàäèÿ ëèòîãðàôè÷åñêîãî ïðîöåññà. Íà ýòîé ñòàäèè
æåñòêî èñïûòûâàþòñÿ àäãåçèÿ, íåïðîíèöàåìîñòü, óðîâåíü äåôåêòíîñòè è
õèìè÷åñêàÿ èíåðòíîñòü ðåçèñòà. Ñòîéêîñòü ðåçèñòà ê òðàâëåíèþ è åãî
àäãåçèÿ ê ïîäëîæêå ÿâëÿþòñÿ, âîçìîæíî, íàèáîëåå âàæíûìè ïàðàìåòðàìè
ðåçèñòíîãî ëèòîãðàôè÷åñêîãî ïðîöåññà è â íàèáîëüøåé ñòåïåíè îïðåäåëÿþò
åãî óñïåõ. Ïðèìåíåíèå ðåçèñòà ñ âûñîêîé ñòîéêîñòüþ ê òðàâëåíèþ
ãàðàíòèðóåò ìèíèìàëüíîå èñêàæåíèå èçîáðàæåíèÿ ïðè ïåðåíîñå åãî â
ïîäëîæêó. Ïðàêòè÷åñêèå ïðåäåëû ïðèìåíèìîñòè ïðîöåññà ÆÕÒ îïðåäåëÿþòñÿ
åãî ðàçðåøåíèåì -1.5-2.0 ìêì - è óõîäîì ðàçìåðîâ ïðè òðàâëåíèè -
(0.2-0.5 ìêì.Ñïèñîê ëèòåðàòóðû.
1. Òðàâëåíèå ïîëóïðîâîäíèêîâ [ñáîðèê ñòàòåé]. Ïåð. ñ àíãë. Ñ. Í. Ãîðèíà.
Ì.: Ìèð, 1965.
2. Ïåððè Äæ. Ñïðàâî÷íèê Èíæåíåðà-õèìèêà/ Ïåð. ñ àíãë. - Ò.2. - Ì.:
Õèìèÿ, 1969.
3. Ïîëòàâöåâ Þ. Ã., Êíÿçåâ À. Ñ. Òåõíîëîãèÿ îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòåé â
ìèêðîýëåêòðîíèêå. - Êèåâ: Òýõíèêà, 1990.
4. Òåõíîëîãèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ è èçäåëèé
ìèêðîýëåêòðîíèêè.[Ó÷åá. äëÿ ÏÒÓ: â 10 êí.]. - Ì: Âûñø. øê., 1989.
5. Àâäååâ Å. Â., Êîëòèùåíêîâ Â. Ì., Ïàíòåëååâà Ò. Ñ. Äâóìåðíîå
òîïîëîãè÷åñêîå ìîäåðèðîâàíèå òðàâëåíèÿ//Ýëåêòðîííàÿ ïðîìûøëåííîñòü. -
1986.- ¹4.-Ñ.14-17.
6. Ãîëîñîâ Â. Â. Ýëåêòðîõèìè÷åñêîå òðàâëåíèå GaAs.  ñá.: Ñèëîâûå ï/ï
ïðèáîðû. - Òàëèí : Âàëãóñ, 1981.
7. Âàñèëüåâà Í. À., Åðîôååâà È. Ã. Ýëåêòðîõèìè÷åñêîå ïîëèðîâàíèå
ïîäëîæåê GaAs// Ýëåêòðîííàÿ ïðîìûøëåííîñòü. -1988.-¹8.-Ñ. 39-40.
8. Êèðååâ Â. À. Êðàòêèé êóðñ ôèçè÷åñêîé õèìèè. Ì.: Õèìèÿ, 1978.
Î.........F
Si D
Î.........F
H ( F
( (
O ( H
Si Si
HF
O
Si Si
F F
Si