Факторы, определяющие технологические парамет-ры процесса плазменного травления

Плазмохимическое травление обусловлено протеканием реакций газификации между частицами травителя и подложкой. При этом плазма является инструментом травления. Известно, что плазмохимическое травление кремния осуществляют во фторсодержащей плазме, поскольку атомы фтора само-произвольно реагируют с кремнием как n -, так и p - типа проводимости, а также с SiO₂ и Si₃N₄, образуя летучие вещества. В качестве источников фтора могут служить молекулы: F₂, CF₄, C₂F₆, C₃F₈, SF₆, SiF₄, NF₃, ClF₃, которые при диссоциации в плазме могут образовывать атомарный фтор а также различные фторсодержащие радикалы. В результате химических реакций с кремнием образуются летучие продукты такие, как SiF₂ и SiF₄. Схема процесса травления кремния атомами фтора представлена на рис. 4.3. В результате протекания реакции происходит разрыв связей и образуется SiF_2(г) или возникает связанный кремниево – фтористый радикал, который после присоединении к нему фтора освобождается в виде газообразного SiF₄.

Однако чисто плазмохимическое травление при отсутствии каких–либо кристаллографических эффектов является изотропным вследствие закругления профиля стенок структуры, радиус которого примерно равен глубине травления. Для получения анизотропии процесса травление стимулируют бомбардировкой положительными ионами. Известны два механизма стимуляции анизотропного травления ионной бомбардировкой.

1. Ионы, бомбардирующие кремний, создают радиацион-ные нарушения в кристаллической решетке, простирающиеся в глубину на несколько монослоев от поверхности. Радиационные повреждения катализируют процесс хемосорбции травителя. Кроме того, химическая реакция с нарушенной областью кристалла протекает с повышенной скоростью, причем глубина и количество радиационных нарушений зависят от энергии ионов (рис. 4.4, а).

2. Определенные газы (например, CHF₃, CClF₃) или смеси газов (CF₄–H₂) распадаются в плазме, образуя элементы с ненасыщенными связями и радикалы, способные к полимеризации. Эти элементы, взаимодействуя с поверхностью, формируют адсорбированный слой, а в некоторых случаях – сплошную пленку. Адсорбированный слой замедляет травление, адсорбируя элементы травителя (рекомбинационный механизм) либо препятствуя доступу частиц травителя к подложке. Ионная бомбардировка поверхности удаляет покрытие из ингибиторов, что вызывает анизотропию травления (рис. 4.4, б).

Следует отметить, что указанные механизмы травления не являются независимыми. Например, процесс химического распыления равнозначен сочетанию распыления с разрывом связи между атомами (образованию радиационных нарушений) и удалению с поверхности ингибитора (слоя из продуктов взаимодействия).

Требования к точности переноса рисунков удовлетворяют-ся при использовании методов сухого травления в газовом разряде при низком давлении (в плазме), обеспечивающих высокую анизотропность травления.

Для глубокого анизотропного травления используют так называемый БОШ–процесс. Процесс представляет собой чередование двух стадий:

1) изоторопного плазмо–химического травления;

2) осаждения полимера.

К достоинствам этого процесса можно отнести высокую скорость травления (до 20 мкм/мин); возможность управления степенью анизотропности; высокую воспроизводимость процесса.

а)

б)

Рис. 4.4. Схема процесса травления кремния атомами фтора

Скорость, селективность и анизотропия травления определяются различными параметрами, включая состав и давление рабочего газа, температуру подложки, частоту и плотность мощности приложенного электрического поля. Эти параметры необходимо строго контролировать для качественного воспроизводства процессов травления.

Улучшение селективности и контроля профиля травления становится особенно важным по мере дальнейшего уменьшения размеров элементов ИМС.