КАССЕТА ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Полезная модель предназначена для изготовления изделий микроэлектроники (микросхем с диэлектрической изоляцией и микроэлектронных механических систем (МЭМС)) методом травления полупроводниковых материалов (кремния, арсенида галлия и т.п.).
Известны кассеты для травления состоящие из основания, крышки с отверстием под рабочую поверхность и уплотнительных колец, использующиеся для химического травления (см., например, презентацию "SILICON VLSI TECHNOLOGY Fundamentals, Practice and Modeling CHAPTER 12" URL:http://www.iaa.ncku.edu.tw/~ggau/Lab/HTML/C_CourseData/SILICON012.pdf [pg.48] и презентацию Dr. Lynn Fuller "Wet Etch for Microelectronics" URL:http://people.rit.edu/lffeee [pg.31]).
Соосное расположение колец исключает разрушение пластины при фиксации крышки к основанию. Материал кассеты должен быть стоек к воздействию травителя (нержавеющая сталь, фторопласт и т.п.).
Однако при глубоком травлении пластин при повышенной температуре воздух под пластиной расширяется и может произойти разрушение пластин в местах вытравленных областей, которые могут служить концентраторами механических напряжений.
Указанный недостаток устранен в кассете, состоящей из основания с полостью, выравнивающей давление трубкой, нескольких гибких герметизирующих колец, крышки с отверстием под рабочую поверхность пластины (См. патент США №5280894, класс В25В 1/20 и патент США №6579408, классов H01L 21/306, С23С 16/00).
Наиболее близкой к предлагаемой является, кассета для односторонней обработки полупроводниковых пластин с мультиплицированным слоем, состоящей из основания с полостью, выравнивающей давление трубкой, нескольких гибких герметизирующих колец, крышки с отверстием под рабочую поверхность обрабатываемой пластины (См., например, сайт фирмы АММТ http://www.ammt.com/products/wet-etching/).
Однако при травлении полупроводниковых пластин с мультиплицированным слоем маски в отдельных местах углублений микрорельефа каждого модуля накапливаются мелкие пузырьки водорода, мешающие травлению, что приводит к образованию дефектов в виде пирамид и недотравов. Для удаления пузырьков водорода применяют периодическое встряхивание кассеты, что позволяет удалить часть пузырьков водорода. Однако удаление происходит не полностью, мелкие пузырьки удалить не удается. Это приводит к образованию дефектов в виде недотравов, и пирамид (при анизотропном травлении).
Целью полезной модели является повышение качества травления, в следствие более полного удаления пузырьков водорода.
Указанная цель достигается тем, что в отличии от известной кассеты для односторонней обработки полупроводниковых пластин с мультиплицированным слоем, состоящей из основания с полостью, выравнивающей давление трубкой, нескольких гибких герметизирующих колец, крышки с отверстием под рабочую поверхность обрабатываемой пластины, в предлагаемой кассете на нижней половине крышки дополнительно закреплена J-образная трубка, изогнутая часть которой повторяет по форме половину отверстия под рабочую поверхность, заглушенная на конце, причем в изогнутой части трубки выполнены отверстия, направленные на ближайшую сторону пластины, с шагом не превышающим шаг мультипликации слоя пластины, а ровная часть этой трубки имеет не меньшую длину, чем трубка выравнивающая давление.
Повышение качества травления достигается тем, что наличие J-образной трубки позволяет подать инертный газ внутрь травителя. Пузырьки газа, поднимаясь к поверхности травителя, скользят по рабочей стороне обрабатываемой пластины и захватывают мелкие пузырьки водорода, находящиеся в углублениях микрорельефа. Форма трубки позволяет максимально приблизить подающие газ отверстия к рабочей поверхности пластины. Шаг отверстий выбран таким образом, чтобы их количество соответствовало количеству рядов в мультиплицированной маске. Возможна установка отверстий с более частым шагом, что позволит применять пластины с меньшими размерами мультиплицированных модулей. Инертный газ распределяется равномерно по отверстиям за счет заглушки на конце трубки. Длина ровной части J-образной трубки выбирается не меньшей длины выравнивающей давление трубки для того, чтобы травитель не мог попасть внутрь.
На фигуре 1 изображен вид с лицевой стороны кассеты, на фигуре 2 изображен разрез кассеты.
Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - изогнутая J-образная трубка.
2 - отверстия трубки.
3 - крышка с отверстием под рабочую поверхность пластины.
4 - герметизирующее кольцо.
5 - обрабатываемая пластина.
6 - основание с полостью.
7 - трубка, выравнивающая давление.
На фигурах 1 и 2 приведена конструкция кассеты для травления полупроводниковых пластин с мультиплицированным слоем, состоящая из основания с полостью 6, к которому подходит отверстие выравнивающей давление трубки 7. В основании сделаны углубления для герметизирующих колец 4, препятствующих попаданию травителя в полость под пластиной. Пластина 5 прижимается к основанию при помощи крышки 3 с отверстием для доступа травителя к обрабатываемой поверхности. В крышке также имеются углубления для герметизирующих колец. На крышку крепится J-образная трубка 1. Ее изогнутая часть содержит отверстия 2, направленные в сторону пластины. Шаг отверстий выбирается таким образом, чтобы он был не реже шага мультипликации. Таким образом чем чаще выполнены отверстия на трубке, тем шире диапазон применения кассеты для различных по параметрам слоев мультипликаций. Конец трубки герметизирован с целью равномерного распределения давления между всеми отверстиями трубки.
Устройство работает следующим образом: кремниевая пластина с сформированной методом фотолитографии в маскирующем слое системой мультиплицированных канавок закрепляется между основанием и крышкой с помощью струбцин или винтов. Кассету погружают в раствор травителя (нипример, в 30% водный раствор КОН, нагретый до температуры 90°C). В трубку 1 подают нагретый до 90°C инертный газ азот. Шаг расположения отверстий 2 в трубке 1 меньше или равен шагу мультипликации. После чего проводят процесс травления. Выделяющиеся через отверстия 2 пузырьки азота попадают на пластину и под действием выталкивающей силы поднимаются к поверхности, захватывая по пути скопившийся в районе канавок водород. Если система канавок ортогональна, то пластину целесообразно разместить так, чтобы канавки были направлены к земле под углом 45°. Это дополнительно облегчает удаление водорода с поверхности канавок.
Применение кассеты например при травлении разделительных канавок для кремниевых структур с диэлектрической изоляцией практически позволяет исключить дефекты в виде пирамид, обусловленных прилипанием пузырьков водорода к поверхности канавки.