Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Etching: differenze tra le versioni
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L''''etch''' è un processo mediante il quale si rimuovono, dalla superficie del wafer di silicio, dei materiali indesiderati.
Vi sono due tipi di etch:
Il wet etch viene usato quando si vogliono rimuovere strati di materiale in modo isotropo ( uguale in ogni direzione ). Se è presente una maschera di resist, il materiale scoperto verrà eliminato, ma anche parte del materiale ricoperto dalla maschera verrà corroso lateralmente. Gli utilizzi del wet etch sono diversi, può essere utilizzato per rimuovere ossido sacrificale o ossido nativo, oppure per eliminare contaminazioni metalliche superficiali. Gli attacchi di tipo wet etch precedono sempre i trattamenti di crescita termica in modo da avere un substrato di silicio il più possibile pulito prima della crescita. Nei processi wet vengono utilizzate delle soluzioni acide, gli attacchi, quindi, andranno eseguiti sotto cappa aspirante ed i prodotti di reazione dovranno essere solubili in modo da essere facilmente eliminati.▼
▲- '''Wet Etch''': la rimozione avviene per via chimica. Il materiale viene attaccato chimicamente ed in seguito, disciolto in soluzione
Il dry etch è un attacco anisotropico, presenta una maggiore velocità di attacco in verticale piuttosto che in orizzontale ( uno strato coperto da maschera non verrà rimosso
▲- '''Dry Etch''': la rimozione viene effettuata tramite plasma
▲Il wet etch viene usato quando si vogliono rimuovere strati di materiale in modo isotropo ( uguale in ogni direzione ). Se è presente una maschera di resist, il materiale scoperto verrà eliminato, ma anche parte del materiale ricoperto dalla maschera verrà corroso lateralmente. Gli utilizzi del wet etch sono diversi, può essere utilizzato per rimuovere ossido sacrificale o ossido nativo, oppure per eliminare contaminazioni metalliche superficiali. Gli attacchi di tipo wet etch precedono sempre i trattamenti di crescita termica in modo da avere un substrato di silicio il più possibile pulito prima della crescita. Nei processi wet vengono utilizzate delle soluzioni acide, gli attacchi, quindi, andranno eseguiti sotto cappa aspirante ed i prodotti di reazione dovranno essere solubili in modo da essere facilmente eliminati.
▲Il dry etch è un attacco anisotropico, presenta una maggiore velocità di attacco in verticale piuttosto che in orizzontale ( uno strato coperto da maschera non verrà rimosso ).
==Wet Etch==
Il meccanismo secondo il quale avviene il wet etch è il seguente: si hanno dei reagenti in soluzione che si trasferiscono sulla superficie del wafer per diffusione, avvengono poi le reazioni superficiali.
Come già accennato la principale caratteristica degli attacchi wet è l'isotropia, la velocità di rimozione (rate di rimozione) verticale è uguale a quella laterale. Spesso accade però, che il rate di rimozione laterale sia leggermente maggiore rispetto a quello verticale, questo perchè, mentre verticalmente l'etch si ferma quando incontra ilsubstrato di silicio, lateralmente la quantità di materiale che può essere attaccata chimicamente è maggiore.
Un altro fattore importante per il wet etch è la ''selettività'': il processo wet deve essere in grado di attaccare solo un particolare film senza corrodere nè il substrato nè le maschere di photoresist.
Si vanno ora ad analizzare i processi di etch di diversi materiali utilizzati nella realizzazione dei dispositivi. Verrano prese in considerazione le diverse soluzioni acide utilizzate e le reazioni chimiche coinvolte.
=== Etching del silicio ===
Il processo di etching del silicio avviene in due fasi:
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Nella prima fase una soluzione acquosa di acido nitrico ossida il silicio, si ottiene, appunto, ossido di silicio ed altri prodotti solubili. In un secondo momento l'ossido di silicio che si è formato viene eliminato utilizzando dell'acido fluoridrico.
L'etch rate di questo processo varia al variare delle concentrazioni relative delle soluzioni di acido nitrico e acido fluoridrico. Per diversi valori di concentrazione percentuale dei due acidi nella soluzione acquosa utilizzata, si ottengono delle curve a etch rate costante.
In alcuni particolari tipi di etch del silicio, che utilizzano soluzioni di <math>\mathrm{KOH}\;</math> l'etch rate dipende dalle direzioni cristallografiche del silicio: si ha etch elevato lungo certi piani reticolari e scarso lungo altri piani reticolari. Questo tipo di wet etch non è adatto nel campo dei dispositivi a semiconduttore infatti, la presenza di ioni potassio potrebbe determinare contaminazione, trova invece applicazione nella realizzazione dei microscopi elettronici.
=== Etching dell'ossido di silicio ===
Come già visto, il secondo step dell'etching del silicio, consiste proprio nella rimozione dell'ossido di silicio formato nel primo step. E' naturale, quindi, pensare di utilizzare una soluzione di acido fluoridrico quando è necessario rimuovere dell'ossido di silicio. La reazione da considerare è proprio quella vista in precedenza:
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L'etch rate dipende, come nel caso dell'etch del silicio, dalle concentrazioni percentuali di acido fluoridrico e del fluoruro di ammonio presenti in soluzione, inoltre, aumenta all'aumentare della temperatura.
=== Etching del nitruro di silicio ===
Il nitruro di silicio può essere rimosso utilizzando una soluzione di acido fluoridrico secondo la reazione:
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questo tipo di etch in realtà causa dei problemi infatti, quasi sempre, si ha una situazione del tipo:
[[File:Strati_di_nitruro_ossido_e_silicio.jpg|300px]]
l'acido fluoridrico corrode il nitruro, ma anche l'assido di silicio sottostante. La presenza dell'ossido è necessaria in quanto il nitruro di silicio ed il silicio presentano dei coefficienti di dilatazione termica molto diversi. Durante i processi tecnologici, il wafer viene spesso sottoposto ad elevate temperature, il contatto diretto tra nitruro e silicio provocherebbe dei continui stress meccanici che vengono invece assorbiti dall'ossido.
Per quanto appena detto la reazione usata più di frequente per l'etch del nitruro di silicio è la seguente:
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l'<math>\mathrm{H_3PO_4}\;</math> è molto efficace nel rimuovere il nitruro mentre non corrode l'ossido di silicio sottostante.
=== Etching del polisilicio ===
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Etching]]
{{Avanzamento|50%|24 marzo 2009}}
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