Классификация процессов ионно–плазменного травления

Глава 4. ИОННО–ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Классификация процессов ионно–плазменного травления.

Первые применения плазменных методов в технологии кремниевых ИМС относятся к концу 60–х годов, когда начались исследования возможности применения различных видов кислородной плазмы для снятия фоторезиста. В тоже время проводились работы по использованию плазмы для травления кремния. Плазменное травление называется также «сухим» травлением. Получение элементов с субмикронными размерами требует селективного удаления отдельных участков будущей микросхемы с помощью процесса травления. Широко используемое жидкостное химическое травление обладает высокой селективностью и скоростью, однако наличие подтравливания не позволяет получить требуемое разрешение. Для технологических процессов изготовления СБИС наиболее перспективными являются методы сухого травления, которые подразделяются на ионное травление (ИТ), ионно–химическое травление (ИХТ) и плазмохимическое травление (ПХТ). На рис. 4.1 приведены процессы ионно–плазменного травления.

Рис. 4.1. Классификация процессов ионно–плазменного травления

При ионном травлении для удаления материала используется кинетическая энергия ионов инертных газов, т.е. имеет место физическое разбиение процесса ионного травления на ионно–плазменное травление, при котором образцы по–мещаются на отрицательный электрод разрядного устройства и подвергаются бомбардировке ионами, вытягиваемыми из плазмы, и ионно–лучевое травление, в котором образцы являются мишенью, бомбардируемой ионами,, вытягиваемыми из автономного ионного источника (АИИ).

При ионно–химическом травлении используется как кинетическая энергия ионов химически активных газов, так и энергия их химических реакций с атомами или молекулами материала.

При плазмохимическом травлении для удаления материала используется энергия химических реакций между ионами и радикалами активного газа и атомами (или молекулами) обрабатываемого вещества с образованием летучих стабильных соединений. В зависимости от среды, в которую помещаются образцы, плазмохимическое травление (ПХТ) подразделяется на:

– плазменное травление: образцы помещаются в плазму химически активных газов;

– радикальное травление: образцы помещаются в вакуумную камеру, отделенную от химически активной плазмы перфорированными металлическими экранами, или электричес-кими или магнитными полями, а травление осуществляется химически активными частицами (свободными атомами и радикалами), поступавшими из плазмы.

Наибольший интерес представляет плазмохимическое травление, т.к. оно обладает селективностью, равномерностью, и скоростью, сравнимыми с жидкостным химическим травлением, но оно не требует очистки поверхностей после обработки, позволяет одновременно травить подложки и удалять фоторезистивные маски, а также может использоваться для любых материалов. Для удаления материала используется энергия химических реакций между ионами и радикалами активного газа и атомами (или молекулами) обрабатываемого вещества с образованием летучих соединений.

Системы ионно–плазменного травления по способу возбуждения и поддержания плазмы подразделяются на системы с самостоятельными разрядами ВЧ и СВЧ тока и системы с искусственным поддержанием разряда с помощью термоэлектронной эмиссии, ВЧ, СВЧ электромагнитных полей.

Ионно–плазменные системы травления можно разделить по числу электродов на двухэлектродные (диодные), трех-электродные (триодные), а также безэлектродные, в которых генерация плазмы осуществляется электромагнитными полями ВЧ и СВЧ.

Системы с автономными ионными источниками могут быть как с фокусировкой так и без фокусировки ионного пучка, как с компенсацией так и без компенсации объемного заряда ионного пучка.

Контроль скорости удаления материала определяется как правило толщиной пленки непосредственно в процессе ионно–плазменного травления (ИПТ). Контроль необходим так, как этот процесс обладает низкой селективностью и не прекращается на границе раздела между пленкой подвергаемого травлению материала и пленкой подслоя (или подложки). Если процесс ионно-плазменного травления своевременно не остановить, то происходит удаление материала подслоя или подложки, приводящее к ухудшению электрофизических характеристик и браку обрабатываемых микроструктур.

В таблице 4.1. приведены основные характеристики процессов ионно-плазменного травления.

Таблица 4.1. Сравнительные характеристики методов ионно–плазменного травления