Травление используется для селективной (химической)
прорисовки диффузионных масок, формирования изолирующих или проводящих
областей, в процессе которого вещество в области, подвергаемой травлению,
химически преобразуется в растворимое или летучее соединение. В литографии
травление применяется в основном для формирования диффузионных масок в слое
термически окисленного кремния или для удаления материала через окна в
диэлектрике при изготовлении металлических контактов. Металлическая разводка
формируется путем селективного удаления промежутков (обращения изображения);
фотошаблоны также изготавливаются травлением металлических пленок. Задача инженера-технолога
состоит в том, чтобы обеспечить перенос изображения с резистной маски в
подложку с минимальным отклонением размера (Е) и допуском (±Т) (см. рис. 1). Из рисунка видно, что
суммарное изменение размера при литографии Е обусловлено искажением изображения
в резистной маске (±0.1 мкм), уходом размера в
резисте (±0.5 мкм) и уходом
окончательного размера в процессе травления ±1.0 мкм с допуском в ±1.0 мкм.
В зависимости от кристалличности пленки и
целостности резиста (отсутствие отслоений при жидкостном и эрозии при
плазменном травлении) уход размера может достигать толщины пленки D и даже
превышать ее. Изотропное жидкостное травление, для которого характерно большое
боковое подтравливание (L), пришлось заменить газофазным анизотропным
травлением, для которого D/L>>1 (рис. 2).
Изотропное травление происходит неупорядоченно, с
одинаковой скоростью по всем пространственным направлениям - L и D.
Анизотропное травление проявляется при некоторых отклонениях от изотропного
процесса. Желательно, чтобы глубина травления (D) была много больше величины
бокового подтравливания (L). Поскольку травление в вертикальном направлении при
достижении глубины D прекращается, перетравливание определяется только
скоростью удаления материала в боковом направлении. Степень анизотропии можно
определить как отношение L/D, и ее величина зависит от многих физических
параметров. Жидкостное травление определяется в основном статическими
характеристиками типа адгезии и степени задубленности резиста, состава
травителя и т.п. При сухом травлении степень анизотропии во многом зависит от
таких динамических параметров, как мощность разряда, давление и скорость эрозии
резиста. Величина бокового подтравливания в случае жидкостного травления
зависит от предшествующих стадий обработки - подготовки поверхности и
термозадубливания.
Для компенсации подтрава при изотропном жидкостном
травлении размеры элемента на фотошаблоне следует уменьшать. На рис. 3показана компенсация размераокон в шаблоне для разных степеней
анизотропии травления. Для обычного изотропнго травления D/L равно 1 (без
разрушения резиста и при хорошей адгезии). Для того чтобы ширина полосы была
равна wе, размер перенесенного в
резист изображения wr должен быть меньше на
удвоенную величину бокового подтрава (L):
wr=wе-2L.(1)
ля получения 1-мкм линии при умеренно анизотропном
травлении (D/L=3) изображение в резисте следует делать на 0.2 мкм меньше 1 мкм,
а ширина элемента на шаблоне (М) должна быть увеличенапримерно на 0.05-0.1 мкм для компенсации
ухода размера при формировании резистной маски. Если же D/L=10, то полоса
шириной 1 мкм может быть подтравлена через резистное окно шириной 0.7 мкм.
разница в характеристиках компенсации размера изображения в резисте для сухого
и жидкостного травления Si3N4 ясно видна на рис. 4.