Механизмы процесса ионно–плазменного травления

Ионно–плазменное травление основывается на использовании образующихся в процессе разряда высокоэнергетических (³500 эВ) ионов инертного газа, например Аr⁺. Как правило, глубокое анизотропное травление осуществляют реактивным ионным травлением (РИТ), использующим плазму, полученную разрядом в молекулярных газах. Особенностями метода РИТ являются:

1. Асимметричные электроды (отношение площади катода к площади заземленной поверхности намного меньше единицы), что обеспечивает постоянное отрицательное напряжение смещения (обычно 250 – 500 В), примерно равное половине амплитудного значения ВЧ – напряжения;

2. Размещение подложек на запитываемом электроде (катоде);

3. Относительно низкие рабочие давления (0,133 – 13,3 Па).

Каждая из перечисленных особенностей метода обусловливает высокую энергию ионов, бомбардирующих поверхность подложки в процессе травления. Ионная бомбардировка в процессах РИТ вызывает следующие физические и химические эффекты:

– передачу энергии в подложку;

– разрыв связей кремния с образованием Si (возникновение на подложке активных центров);

– ионизацию кремния с образованием Si⁺;

– десорбцию продуктов реакции SiF_X;

– диссоциацию молекул и активацию нейтральных частиц травителя – F, XeF₂.

В состав оборудования для ионно–плазменного травления материалов входят следующие основные функциональные системы:

– система травления, служащая для проведения обработки пластин и состоящая из рабочей камеры и расположенных внутри нее или присоединенных к ней снаружи электродов, экранов, подложкодержателей и автономных источников стимулирующих воздействий и химически активных частиц (ХАЧ). При использовании в процессе травления ХАЧ рабочая камера обычно называется реактором;

а) б)

Рис. 4.2. Анизотропия травления, обусловленная:

а – повреждением поверхности, б – наличием поверхностного ингибитора

– газовая система, служащая для подачи требуемого потока газа (пара) или газовой смеси в рабочую камеру и в автономные источники стимулирующих воздействий и ХАЧ и состоящая из нескольких каналов, в состав которых входят фильтры, трубы, испарители, вентили, клапаны, измерители и регуляторы расхода газа, коллекторы и стабилизаторы давления;

– вакуумная система, служащая для обеспечения требуемого давления остаточных и рабочих газов в технологической и шлюзовой камерах, автономных источниках стимулирующих воздействий и ХАЧ и состоящая из вакуумных насосов, трубопроводов, клапанов, измерителей и регуляторов давлений и скоростей откачки, азотной ловушки, системы ее регенерации, фильтров или станций для очистки насосного масла, скрубберов или нейтрализаторов выхлопных газов;

– система возбуждения и поддержания плазмы разряда в рабочей камере, а также других стимулирующих воздействий в автономных источниках, состоящая из генераторов и источников электрических и магнитных полей, кабелей или волноводов, измерителей и регуляторов подводимой мощности, согласующих устройств;

– система загрузки–выгрузки пластин, транспортирования и позиционирования их внутри установки, состоящая из передающей и приемной кассет, устройств загрузки и перемещения пластин, шлюзовой камеры, подложкодержателей и прижимных устройств, датчиков положения пластин на различных позициях;

– система термостатирования испарителей, участков газовых каналов, электродов, подложкодержателей и стенок камер, служащая для измерения и регулирования их температуры и состоящая из термостатов, труб, хладо– и теплоагентов, устройств их перекачки, подачи и распределения, измерителей и регуляторов температуры;

– система контроля момента окончания процесса травления функционального слоя (времени травления), состоящая из индикаторов на основе эмиссионно–спектрального, лазерного интерферометрического или масс–спектрометрического методов, оптических и электронных устройств, а также специализированных микропроцессоров для обработки полученных сигналов по соответствующему алгоритму;

– система управления, служащая для управления перечисленными выше системами контроля режимов их работы и исправности входящих в них устройств и состоящая из управляющей ЭВМ с программным обеспечением с клавиатурой ввода команд и дисплея.

К конструкционным характеристикам оборудования относятся: форма, материалы, размеры и взаимное расположение функциональных узлов и систем в составе установки, а также отдельных элементов в составе этих узлов и систем. На рис. 4.3 представлена схема установки для реактивного ионного травления.