Transcript Etching Anders Elfwing Lite om Etsning Föreläsningens mål: – Introducera följande begrepp: – Etsning: • Torrets/Våtets • Isotropi/anisotrpi • Selektivitet • Torretsning: • Våtetsning olika metoder • Kisel kristallografi • Etsstopp.

Etching
Anders Elfwing
2
Lite om Etsning
Föreläsningens mål:
– Introducera följande begrepp:
– Etsning:
• Torrets/Våtets
• Isotropi/anisotrpi
• Selektivitet
• Torretsning:
• Våtetsning olika metoder
• Kisel kristallografi
• Etsstopp tekniker

Förklara:


Fysiken/kemin bakom plasma och dess etseffekter
Fördelar med olika typer av etsningsmetoder
3
Torrets/Våtets
Etsning är
att avlägsna material från en arbetsskiva.
Materialborttagning: produkter
lösliga/flyktiga.
Torrets
Våtets
Reaktanter
Gas fas
Vätske fas
Produkter
Flyktiga
Lösliga
Mekanism
Fysikalisk /
Kemisk
Kemisk
Fördel
Specifik, ren
Enkel, billig
Nackdel
Utrustningskrävande
Kontaminerande,
svårstyrd
4
Etsers egenskaper

Anisotropi/isotropi: riktningsberoende

Etsselektvitet

Maskmaterial

Etshastighet

Ytojämnhet

Processtålighet
5
Isotropi/Anisotropi
Är etsningsprocessen riktningsberoende?
I våtets följer anisotropi kristallplan och i torrets
maskens geometri.
Isotrop våtets
6
 Isotrop
= Alla riktningar etsas lika fort, ~10 µm/min
 Används för att ”putsa” detaljer, ”polishing etchant”
och skapa tunna kiselskivor
 Oftast syrabaserad
 HNA
ets

Består av HF, HNO3 och CH3COOH/H20

Reaktion i två steg:

Oxidation av Si med HNO3

HF löser SiO2

Totalreaktion:
Si + HNO3 + 6 HF  H2SiF6 + HNO2 + H2O + H2 (g)

CH3COOH ger högre etshast pga av mindre autokatalys av
HNO3 . Dessutom bättre vätning av Si.
Ets setup
7
HF and BHF
Vätefluorid (HF) etsar SiO2 isotropt och selektivt mot Si (2000:1)
Hastighet
– Max vid konc HF (49 %): > 2 μm/min, HF ~1%: 0.1 μm/min
Ofta buffrat med NH4F – kontrollerar pH
OBS!!! Mycket hälsofarlig, penetrerar vanliga plasthandskar
och hud och
förstör skelettvävnad. Använd genast motmedel (Kalciumpasta)
– annars  amputation
8
Anistrop ets

Anisotrop = Olika kristallplan etsas olika fort

Används för att skapa specifika strukturer
Oftast basbaserad,
KOH, NaOH, LiOH, CsOH och RbOH,
NH4OH etsar Si anisotropt
Si+2OH-+2H2O  Si2(OH)22-+2H2
Reaktionshastighetsbegränsat
 temperaturberoende,
ökad temperatur  ökad etshastighet, jämnare ytor
Anisotropi
ratio (AR) =
( hkl )1 etshastighet
( hkl )2 etshastighet
9
Kristallstruktur
Enkristallint
kisel har atomerna ordnade i
diamant gitter, två sammanflätade fcc

Miller index
Miller
index (hkl) motsvarar plan i kristallen, [hkl] är
riktningen vinkelrätt mot planet.
Anisotropa

etser etsar efter atompackningsdensitet
 (111) långsammast
10
KOH ets
Innehåll:
Temperatur:
Hastighet:
KOH 30 – 60 wt%, H2O eller IPA
40 – 100 grader
0.7 – 3 µm/min, högre vid hög temp
KOH/H2O (111) < (100) < (110)
IPA
(111) < (110) < (100)
Mask:
Kommentar:
SiO2, LPCVD nitride
under 20 wt % blir ytan mkt skrovlig
pga H2 (g). Långsammare ets vid
högre wt%. Etsar metall t ex Al och
även SiO2 (max ratio 1:400)
Munstycken i kisel gjorde med KOHets
www.gesim.de
11
Torrets - plasma
Torretsning sker i m h a plasmagenerering
Plasma:
– Def: En gas innehållande laddade och neutrala
föreningar t ex elektroner, positiva joner, negativa
joner, atomer and molekyler
– Tillför reaktiva substanser; joner, radikaler, i
gasfas
– Skapar en kontrollerad atmosfär
– Används kommersiellt både subtraktivt och
additivt
14
16
Plasma etsning

Reaktiva gasföreningar påverkar materialet och
flyktiga föreningar skapas
– Snabb
– Selektiv
– Isotrop

Gasflöde mycket viktigt, pga s k loading effect
17
Mekanismer plasmaetsning

Exempel med CF4 och
Si
1.
5.
Etsande föreningar skapas
i plasmat, CF3+, CF3, F
Diffusion till yta
Adsorption till yta
Reaktion
Desorption
6.
Diffusion till gas fas
2.
3.
4.
18
Sputtring
+
+
+
-
Enkel
”Allt” går etsa
Anistrop
Långsam
Oselektiv
Defekter vanliga
19
RIE – Reactive ion etch

För att öka anisotropin kombineras – kemisk och
fysikalisk etsning
– Jonerna skapar defekter i ytan  underlättad etsning
– Hög etshastighet

CAIBE – chemical assicted ion beam etch
– är likt RIE men med triod setup och med reaktanter som Cl2

RIBE – reactive ion beam etch
– jonerna själva som är reaktiva
DRIE - Deep Reactive Ion Etch
 Två-stegs
20
DRIEDRIE
 Hög
aspect ratio (up to 50:1)
 Djup etsning (10µm-700µm)
 Snabb (4-20µm/min)
 Hög selektivet (70-150:1 for resist,
100-200:1 for oxide masks)
 Släta sidor
21
22
Etsprofiler





A–
fysikalisk sputtring
med joner, anisotrop
B – kemisk plasma ets,
isotrop
CRIE, kombination av
A och B, mycket anisotrop
DRIE med
inhibitor,
ytterst
anisotrop
Etsningsordlista
Torrets, våtets, anisotropisk etsning,
isotropi, KOH, HF,DRIE
www.liu.se