Etsaus (valmistustekniikka)

Wikipedia

Etsaus on syövytystä, jossa käytetään hyväksi erilaisia suojauksia syövytyksen kohdistamiseksi ja kuvioiden muodostamiseksi. Maalaustaiteessa etsauksella on pitkät perinteet. Valmistustekniikassa etsausta käytetään paljon ohutkalvotekniikoiden kanssa liittyen usein litografiatyövaiheisiin mikropiirien valmistuksessa. Mikropiirien valmistuksessa etsaus-sanaa voidaan käyttää myös työvaiheista, joissa ei käytetä suojauksia, jolloin kyse on pinnan puhdistuksesta syövyttämällä.

[muokkaa] Etsauksen laadun arviointi

Etsauksen tavoitteena on tehdä koloja kohdemateriaaliin. Näiden kolojen syvyys voidaan arvioida suurin piirtein syövytysajasta ja tunnetusta syöpymisnopeudesta. Monikerroksisessa kalvorakenteessa halutaan useimmiten poistaa etsauksella alueita ylimmästä kalvosta, mutta jättää sen alapuolinen ohutkalvo ja maski koskemattomaksi. Tällaiseen selektiivisyyteen päästään, kun tunnetaan kunkin kalvon syöpymisnopeus käytetyllä syövytyskemikaalilla.

Jotkin etsauskemikaalit syöpyvät myös maskin aukosta maskipinnoitteen alle. Etäisyyttä, kuinka pitkälle materiaali syöpyy, kutsutaan bias-termillä tarkoittaen reunan vinoutta tai viistettä. Etsauskemikaaleja, jotka aiheuttavat suuren syöpymän maskin alle sanotaan isotrooppisiksi. Nykyaikaisissa valmistustekniikoissa tavoitellaan anisotrooppista syövytystä, kun niillä saavutetaan tarkkareunaiset ja hallittavat ominaisuudet.

	Keltainen: poistettava kalvo; sininen: jäävä kalvo Huonosti selektiivinen etsaus syövyttää pintakerroksen, mutta vie myös osan sen alapuolisesta kalvosta. Hyvin selektiivinen etsaus jättää alemman kalvon koskemattomaksi.
	Punainen: Maskikalvo; Keltainen: Poistettava kalvo Täysin isotrooppinen syöpyminen tuottaa pyöreat sivuseinämät. Täysin anisotrooppinen syöpyminen saa aikaan pystysuorat sivuseinämät.

[muokkaa] Etsaus kemikaalit ja tekniikka

Etsausta tehdään kahdella eri tekniikalla, märkä etsauksessa etsauskemikaalit ovat nestefaasissa ja kuivaetsauksessa taas syövytys saadaan aikaan plasmalla. Molemmista menetelmistä on lukuisia muunnoksia.

[muokkaa] Märkäetsaus

Vanhimmat etsausprosessit olivat märkäprosesseja, joissa piikiekko upotettiin happokylpyyn. Aikaisemmin etsauskemikaalina käytettiin usein fluorivetyhappoa, koska sillä pystyttiin syövyttämään piidioksidia. Kemikaaliturvallisuuslakien kiristyminen on vähentänyt tämän kemikaalin käyttöä. Märkäetsaus on yleensä isotrooppista aiheuttaen reunojen pyöristymistä. Lisäksi vahvoista hapoista tulee ongelmajätettä. Näistä syistä märkäetsaus mikropiirien valmistuksessa on vähenemässä.

[muokkaa] Plasma menetelmät

Nykyaikaisessa VLSI (Veru Large Scale Integrointi]] prosessissa vältetään märkäetsausta ja sen sijasta käytetään plasmaetsausta. Plasman ominaisuuksien säädöllä voidaan vaikuttaa syövytysnopeuteen. Tavallisessa plasmaetsauksessa toimitaan 10-700 pascal paineessa. Plasma tuottaa korkeaenergisia vapaita sähkövaraukseltaan neutraaleja radikaaleja, jotka reagoivat kiekon pinnassa. Koska neutraalit partikkelit pommittavat pintaa joka suunnasta, tuloksena on isotrooppinen etsautuminen.

Plasmassa käytettävä kaasuseos sisältää pieniä paljon klooria tai fluoria sisältäviä yhdisteitä. Esimerkiksi hiilitetrakloridi (CCl₄) syövyttää piitä ja alumiinia ja trifluorimetaani syövyttää piidioksidia ja piinitridiä. Happipitoista plasmaa käytetään fotoresistimaskin "tuhkaukseen" ja auttamaan sen poistamisessa.

Ion milling ("ioni työstö"), tai sputter etching (sputterietsaus) käyttävät vieläkin alempia paineita, niinkin alhaisia kuin 10 mPa. Tässä menetelmässä kiekon pintaa pommitetaan korkeaenergisillä jalokaasujen, usein argonin ioneilla, jotka iskevät atomeja irti substraatista liikevoimallaan. Koska tässä menetelmässä käytetään suunnilleen vain yhdestä suunnasta tapahtuvaa pommitusta, niin prosessi hyvin anisotrooppinen. Toisaalta sillä on taipumus on huonosti selektiivistä.

[muokkaa] Anisotrooppinen märkäetsaus

Piikiekolle tehty anisotrooppinen märkäetsaus tuottaa kolon jolla on kiilamainen poikkileikkaus. Kuopan pohja on <100> taso (katso Millerin indeksit), ja sivuseinämät ovat <111> tasoja. Keltainen materiaali on maski ja sininen kuvaa piimateriaalia.

Jotkut märkäetsauskemikaalit syövyttävät kiderakennetta hyvin eri nopeuksilla eri kidesuuntiin. Yksikiteisissä materiaaleissa, kuten piikiekossa tällä ilmiöllä saadaan aikaan anisotrooppinen syövytys, kuten kuvasta käy ilmi.

Piille on tarjolla useita anisotrooppisia märkäetsauskemikaaleja. Esimerkiksi kaliumhydroksidi (KOH) voi saavuttaa 400 kertaisen syövytysnopeuden eron <100> ja <111> kidesuunnille. KOH ei voida käyttää CMOS-piireissä, koska se tuo piihin vaoaita kaliumioneja. Toinen vaihtoehto on EDP (liuos, jossa on etyleenidiamiinia ja bentseenirenkaita sisältävä alkoholi (C₆H₄(OH)₂), jolla on myös selektiivisyys p-tyypin douppaukselle. Tämä kemikaali on hyvin korrosidoivaa ja karsinogeenistä. Tetrametyyliammoniumhydroksidi (TMAH) tarjoaa turvallisemman vaihtoehdon, vaikka sen selektiivisyys kidesuuntien <100> ja <111> on EDP:tä huonompi.