Превосходное мокрое травление

Если говорить о мокром травлении в микроэлектронике — многие сразу представляют себе стандартные ванны с раствором, но настоящая глубина процесса раскрывается только при работе с материалами вроде арсенида галлия. У нас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия с 1993 года накопили достаточно случаев, когда классические методики давали погрешность до 30% по равномерности травления.

Почему стандартные растворы не всегда работают

В 2018 году мы столкнулись с аномальной селективностью травления кремниевых подложек — казалось бы, проверенный состав H3PO4:H2O2 давал нестабильные углы скоса. После трёхнедельных экспериментов выяснилось: проблема в микроконцентрациях меди от предыдущих технологических этапов. Пришлось полностью пересматривать систему фильтрации.

Особенно критично это для цехов с постоянной температурой — у нас таких 1000 м2. Даже колебания в ±0.5°C меняли скорость травления на 7-8%, что для прецизионных плат было неприемлемо. Пришлось разрабатывать каскадную систему подогрева с раздельными контурами.

Кстати, о селективности — многие недооценивают влияние предварительной ультразвуковой обработки. Мы в сборочном цеху (2000 м2) специально выделили зону для дегазации подложек перед травлением. Результат — снижение дефектности по краям на 18%.

Оборудование и его скрытые возможности

Из 102 единиц оборудования особенно выделяю наши обрабатывающие центры — они позволяют реализовать многостадийное мокрое травление без перестановки подложек. Но пришлось дорабатывать систему креплений — стандартные держатели создавали ?мёртвые зоны?.

Трёхкоординатные измерительные машины выявили любопытный артефакт: при травлении алюминиевых плёнок толщиной 0.8 мкм формируется микропора по периметру. Потребовалось изменить последовательность активации поверхности — сначала УФ-озоновая обработка, потом травление.

Станки с ЧПУ мы адаптировали под автоматическую корректировку времени экспозиции — оказалось, что даже в пределах одной партии подложек может быть разброс по толщине плёнки до 4%. Теперь каждый лоток сканируется перед загрузкой в травящую установку.

Типичные ошибки при работе с реактивами

Часто вижу, как технологи экономят на обновлении травильных растворов — мол, ?ещё прозрачный?. Но именно при работе с нитридом галлия это приводит к накоплению нитратных комплексов, которые потом дают краевую коррозию. Мы раз в квартал полностью меняем химию в семи основных ваннах.

Отдельная история — контроль концентрации. Поначалу думали, что автоматические дозаторы решат все проблемы. Но при травлении медных слоёв столкнулись с тем, что сенсоры ?не видят? органические примеси от фоторезиста. Теперь сочетаем автоматику с выборочным хроматографическим анализом.

Кстати, о фоторезистах — их остатки после травления часто мешают точно оценить результат. Мы внедрили двухстадийную промывку: сначала изопропанол для удаления органики, потом мегасонная ванна с деионизированной водой.

Практические кейсы из нашего опыта

В 2021 году для одного заказчика делали травление кремниевых структур глубиной 50 мкм. Стандартная методика давала конусность 12°, а требовалось 5°. Решили проблему комбинацией импульсного травления и катодной поляризации — угол уменьшили до 4.5°.

Ещё запомнился случай с травлением танталовых плёнок — классический HF+HNO3 давал шероховатость Rq=45 нм. После месяца проб остановились на электрохимическом травлении в сульфаминовой кислоте — получили Rq=12 нм.

Сейчас экспериментируем с плазменной активацией перед мокрым травлением — предварительные результаты показывают увеличение селективности на 22% для кремний-германиевых структур. Но есть нюанс с воспроизводимостью — видимо, влияет влажность в цеху.

Перспективы и ограничения метода

Хотя сухое травление считается более современным, для многих применений мокрое травление остаётся незаменимым — особенно когда требуется высокая производительность при обработке больших партий. Наши производственные мощности позволяют одновременно обрабатывать до 1200 подложек в сутки.

Основная проблема — утилизация отходов. Мы разработали систему регенерации травильных растворов, которая позволяет повторно использовать до 65% реагентов. Это особенно важно при работе с дорогостоящими органо-неорганическими комплексами.

Считаю, что будущее за гибридными методами — например, комбинация мокрого травления с последующей плазменной пассивацией. Уже тестируем такую схему для изделий медицинского назначения — показывыает стабильность параметров в 3.5 раза выше стандартной.

В целом, если говорить о превосходном мокром травлении — это не про идеальную технологию, а про глубокое понимание всех переменных процесса. От чистоты воды до микроклимата в цеху. У нас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия каждый новый проект подтверждает: детали решают всё.