Для того, чтобы сделать процесс электрофоретического осаждения более успешным в промышленных масштабах, необходимо знание кинетики процесса. Во-первых для того, чтобы контролировать процесс осаждения, во-вторых, достигать гибкости в микроструктурных изменениях. Гамакер [2] наблюдал линейную зависимость массы осаждения от количества пройденного заряда и предположил, что количество осаждения пропорционально концентрации суспензии, времени осаждения, площади поверхности осаждения и электрическому полю. Процесс можно регулировать под постоянным режимом напряжения, тока, концентрацией навески, изменяя лишь время и количество циклов осаждения. Были продемонстрированы кинетические аспекты процесса электрофоретического осаждения через схематические графики в зависимости от времени осаждения для четырех возможных условий [6]. Графики представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Кинетика электрофоретического осаждения [6]
Кривая А (ток и концентрация суспензии постоянны), кривая B (постоянный ток, но уменьшается концентрация суспензии), кривая С (напряжение, ток и концентрация суспензии постоянны) и кривая D (постоянное напряжение, но уменьшается концентрация суспензии). За исключением кривой А, где скорость осаждения постоянна со временем, скорость осаждения уменьшается асимптотически со временем осаждения на кривых В, С и D. Учитывая время, скорость осаждения является самой высокой на кривой А, за которой следуют кривые В, С и D соответственно. Влияние снижения концентрации суспензии на снижение конечного выхода и скорости осаждения очевидно либо при постоянном токе (кривые А и В), либо при постоянном напряжении кривые С и D). Сравнение кривой А (постоянного тока) и кривой С (постоянного напряжения) четко показывает, что даже если концентрация суспензии поддерживается постоянной во время осаждения в них обеих, то скорость осаждения постоянна в кривой А. Некоторое время она уменьшалась асимптотически с течением времени в кривых C и B. Такое снижение скорости частиц при постоянном напряжении обусловлено тем, что осаждаемая масса действует как экранирующий эффект и обладает более высоким электрическим сопротивлением, чем суспензия, из которой происходит осаждение. Следовательно, по мере того, как осадок растет со временем осаждения, имеющиеся электрические движущие силы также со временем уменьшаются [6].
Таким образом, кинетика электрофоретического осаждения – одно из главных свойств метода, которое контролирует процесс осаждения.
Методы травления
В микроэлектронике чаще всего применяют жидкостное (или химическое травление), которое в свою очередь делится на анизотропное, изотропное и селективное травление.
Химическое (жидкостное) травление основано на процессах растворения исходных материалов. Травление может осуществляться как в жидких, так и в газообразных средах. При этом обрабатываемый материал частично претерпевает химические изменения.
Основными параметрами режима травления, от которых зависят как его скорость, так и воспроизводимость размеров получаемых рельефов, являются температура, концентрация травителя, время травления.
Если скорость травления в определенном кристаллографическом направлении во много раз превышает скорость в других направлениях, то травитель называется анизотропным. Пример анизотропного травления представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Анизотропное травление
Анизотропное травление широко используется в технологии ИМС, особенно для создания узких разделяющих щелей.
Анизотропные травители - это травители с анодным контролем, характеризующиеся высокими энергиями активации.
Поскольку энергия активации анизотропных травителей велика, травление идет медленно и требуется нагрев раствора до температуры, близкой к его кипению.
Изотропное травление идет с одинаковой скоростью во всех направлениях – как вглубь, так и под маску. Пример изотропного травления представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Изотропное травление
При изотропном травлении кремния используются маски из нетравящихся металлов Si3N4 или SiO2(иногда для неглубокого травления). Резист используется редко, так как HFHNO3 быстро проникает через пленку.
Основным компонентом травителя является плавиковая кислота HF. Размер W вытравленной области больше размера отверстия W0 в маске на величину, превышающую удвоенную толщину d слоя двуокиси кремния:
W > W0 + 2d
В связи с этим жидкостное изотропное травление не позволяет получать в двуокиси кремния отверстия малых размеров. Так как этот слой является маской при легировании, то использование такой маски не позволит получить элементы ИМС малых размеров.
Скорость травления сильно зависит от отношения глубины к ширине канавки, так называемое аспектное соотношение.
Литература
1. Laxmidhar Besra, Meilin Liu // A review on fundamentals and applications of electrophoretic deposition (EPD) // Progress in Materials Science. – 2007. – P. 3-16.
2. Hamaker HC // Formation of deposition by electrophoresis // Trans Farad Soc. - 1940. – Vol. 36 – P. 79–83.
3. Heavens N. // Electrophoretic deposition as a processing route for ceramics. In: Binner GP, editor // Advanced ceramic processing and technology, vol. 1. Park Ridge (NJ), USA: Noyes Publications. – 1990. - P. 83.
4. Zhitomirsky I. // Cathodic electrophoretic deposition of ceramic and organoceramic materials – fundamental aspects // Adv Colloid Interface Sci. – 2002. - Vol. 97 – P. 279–317.
5. Sato N, Kawachi M, Noto K, Yoshimoto N, Yoshizawa M. // Effect of particle size reduction on crack formation in electrophoretically deposited YBCO films //Physica C. – 2001. – P. 357–360.
6. Sarkar P, De D, Rho H. // Synthesis and microstructural manipulation of ceramics by electrophoretic deposition // J Mater Sci. – 2004. – P. 39.
| Студент | ||
  (подпись)
| (Ф.И.О.) |