2007_05_72 (Раздаточные материалы), страница 2

Применяют разные составы травителей: для тонких пленок алюминия (не толще 1,6 мкм) — 45%-ныйраствор ортофосфорной кислоты при 60 °С;для толстых пленок (5–10 мкм) — ортофосфорную кислоту (1,73 г/см3), изопропиловыйспирт, воду в отношении 6:1,5:1 при 60 °С [2].Примеры травильных растворов, применяемых для удаления алюминия, приведеныв таблице 2.Травление медиМедь травят в хлорном железе, разбавленном в азотной кислоте (HNO 3:H 2O = 2:1).Или в составах, аналогичных используемымдля травления алюминия [2].Примеры травильных растворов, применяемых для удаления меди приведены, в таблице 3.Травление ванадияДля травления ванадия применяют травители состава HNO3:H2O = 3:2 (T = 20–25 °С).Травление резистивных слоевПримеры травильных растворов применяемых для удаления некоторых резистивныхслоев приведены в таблице 4.Несмотря на широкое использование, химические жидкостные методы обработки(травление технологических слоев и удаление ФР) имеют ряд недостатков, основнымииз которых являются невысокая разрешающая способность и изотропность травления,трудность их автоматизации и появлениезагрязнений на поверхности подложек, чтоограничивает возможности фотолитографии(ФЛ) [1].При изготовлении ИС высокой степени интеграции, размеры элементов которых достигают долей микрометра, жидкостные методытравления не могут быть использованы из-заих недостатков.

Более эффективны при этом«сухие» методы обработки, основанные на взаимодействии газоразрядной плазмы с поверхностным слоем подложек.Газовое травление применяется довольноредко в связи со сложностью технологического процесса и высоких температур, поэтому далее рассматривается только плазменное травление.Плазменное травлениеПод термином «плазменное травление» понимают процесс контролируемого удаленияматериала с поверхности подложек под воздействием ионов низкотемпературной плазмы в среде инертных газов или в среде, содержащей активные газы [2].При «сухих» методах существенно уменьшено боковое подтравливание, характерноедля химического жидкостного травления(рис. 4а), поэтому клин травления уменьшается и вертикальный профиль рельефного рисунка элементов приближается к идеальному(рис.

4 б–г). Кроме того, «сухое» травление слабо зависит от адгезии защитной маски ФРк подложкам, которые после обработки не требуют операций промывки и сушки. При соответствующем подборе режимов и рабочих средоно обладает высокой степенью анизотропиии селективности.авбгРис. 4. Профили элементов рельефного рисункапосле травления:а) жидкостного; б) ионнохимического;в, г) плазмохимического(1 — слой ФР; 2 — технологический слой)Плазма представляет собой ионизированный газ, состоящий из почти равных количеств положительно и отрицательно заряженных частиц. В методах плазменного травления используют слабоионизированные газы,получаемые с помощью электрических разрядов при низких давлениях.

Неупругие столкновения молекул газа с электронами, разогнанными электрическим полем, приводят к образованию ионов и свободных радикалов,которые могут вызвать травление за счет физических и химических взаимодействий с обрабатываемыми поверхностями. В зависимости от сочетания давления и энергии ионовплазмы характер процессов может менятьсяот чисто физического (распыление) до чистохимического (травление).Распыление представляет собой физический процесс, в котором ионы плазмы ускоря-74ются электрическим полем и ударяются о поверхность твердого вещества. Энергия ионовпередается атомам поверхности, выбивая и переводя их в газовую фазу.

Явление физического распыления лежит в основе двух методовтравления с помощью плазмы:• ионно-плазменного;• ионно-лучевого.Для получения практически приемлемыхскоростей травления, то есть для обработкиповерхности достаточно большим количеством ионов, указанные процессы следует проводить при относительно низких давлениях(0,1–10 Па). Ионам надо сообщать энергию0,5–10 кэВ.

При меньших энергиях распыления не происходит, при бóльших ионы внедряются в обрабатываемый материал и распыление прекращается.Существует метод чисто химического плазменного травления: электрический разрядв газе создает активные свободные радикалы, которые вступают в химическую реакцию с загрязнениями и веществом подложки, образуя летучие продукты. Обычно этопроисходит при более высоких давлениях,чем при физических способах травления.Данный метод более подробно будет рассмотрен далее.Между крайними вариантами процесса —физическим распылением и плазмохимическим травлением — существует широкийспектр различных состояний плазмы и характера процессов ее взаимодействия с поверхностью подложек.

Так, в частности, отчетливовыделяют промежуточный процесс ионно-химического (реактивного) травления (рис. 5).Это означает, что между физическими и химическими методами травления нет четкойграницы. В общем случае при плазменномтравлении могут совместно действовать обамеханизма. При замене инертных газов в плазме на химически активные соединения, повышении давления и снижении средней энергииплазмы химическое травление усиливается,а физическое ослабевает.В микрофотолитографии используются триметода плазменного травления:• ионно-лучевое;• ионно-плазменное;• плазмохимическое.Несмотря на такое большое разнообразие,все процессы плазменного травления по механизму взаимодействия с обрабатываемымматериалом можно отнести к следующим типам:• спонтанное химическое травление;• физическое распыление;• радиационно-возбуждаемое химическоетравление;• радиационно-стимулированное химическое травление.Спонтанное химическое травлениеСпонтанные (самопроизвольные) химические реакции с участием химически активных частиц (ХАЧ) вносят основной вкладв удаление материала.

К ним относятся всепроцессы (рис. 5), кроме ионно-плазменного (ИПТ) и ионно-лучевого (ИЛТ), в котоwww.finestreet.ruЭлектронные и ионные технологииРис. 6. Высокочастотная диодная система ионногои ионнохимического травления:1 — подложка; 2 — катод;3 — заземленный экран;4 — источник ВЧнапряженияРис. 5.

Классификация процессов плазменного травлениярых радиационная стимуляция и физическоераспыление не повышают заметно скоростьтравления.Необходимым условием для спонтанноготравления материала является образованиев результате химической реакции хотя бы одного летучего и стабильного (при температуре и давлении процесса) продукта (соединения). Термин «летучий» означает, что давление паров образующегося продукта должнобыть достаточно высоким, чтобы он самопроизвольно испарялся с поверхности материала. Спонтанное химическое травление включает следующие основные стадии:1) доставку ХАЧ к поверхности обрабатываемого материала;2) адсорбцию ХАЧ на поверхности материала;3) диффузию адсорбированных ХАЧ через адсорбционный слой реагентов и продуктовреакции к атомам (молекулам) материала;4) взаимодействие ХАЧ с атомами материалас образованием летучих и стабильных продуктов реакции;5) десорбцию продуктов травления с поверхности в газовую фазу;6) отвод продуктов травления с поверхностииз газовой фазы реакционной зоны.Физическое распылениеПри этом процессе не происходят химические реакции, скорость травления материалаопределяется только процессом удаления атомов ионной бомбардировкой.

К такому типутравления относятся процессы ИПТ и ИЛТ,в которых активные частицы не способны проводить химическую модификацию поверхности обрабатываемого материала.Экспериментальные и теоретические исследования доказывают, что механизм физического (ионного) распыления связан с передачей кинетической энергии (импульса) бомбардирующей частицы атомам материала засчет столкновений и приводит к прямомуих выбиванию из равновесных положений.Он является доминирующим в том диапазоне энергий бомбардирующих частиц, гдеядерное торможение частиц в материале мишени значительно больше электронного.Для тяжелых бомбардирующих частиц (ионов, атомов, молекул и нейтронов) это условие всегда выполняется в диапазоне энергий0,1–1,0 кэВ, характерном для процессов ИПТи ИЛТ.www.finestreet.ruРадиационно-возбуждаемоехимическое травлениеПри этом процессе удаление материала происходит не с помощью спонтанных реакцийтравления, а за счет возбуждаемых радиационной стимуляцией химических реакций (доля физического распыления мала).

К такомувиду травления относятся реактивное ионноплазменное (РИПТ) и реактивное ионно-лучевое (РИЛТ), в которых нейтральные газовые частицы спонтанно не обрабатывают материал.В этом случае радиационное воздействие(РВ) само возбуждает химические реакции,и его параметры (вид, энергия, интенсивность,пространственное распределение) непосредственно определяют характеристики травления.Радиационно-стимулированноехимическое травлениеСпонтанные химические реакции вносятсущественный вклад в удаление материала.РВ в результате стимуляции химических реакций значительно увеличивает скорость травления, доля физического распыления мала.К такому виду относятся процессы плазменного травления (ПТ) — РИПТ и РИЛТ, в которых нейтральные газовые частицы спонтанно обрабатывают материал.В этом случае роль РВ заключается в стимулировании (активировании) спонтанных химических реакций.Виды плазменного травления,применяемые при производстве ГПИСИонное травлениеВ зависимости от способа получения ионови среды, в которой находятся образцы, ионное травление разделяется на два вида:• ионно-плазменное;• ионно-лучевое.При ионно-плазменном травлении образцы, закрепленные на катоде газоразрядногоустройства, подвергаются бомбардировке ионами инертного газа (обычно ионами Ar)из области плазмы (рис.

6). Все остальныечасти реактора заземлены и являются анодом. Площадь катода намного меньше площади анода, поэтому плазма занимает весьобъем реактора, а наибольшее падение напряжения приходится на область разряда75вблизи катода. Экран предотвращает распыление с защищаемых им участков поверхности катода.При ионно-лучевом травлении образцыпомещают в высоковакуумную камеру установки и подвергают бомбардировке ионамииз автономного источника (рис. 7).

Ионы могут быть получены в виде сфокусированного пучка. Для формирования ионного лучаслужит система вытягивающих, ускоряющихи фокусирующих линз. Для компенсации положительного заряда, накопленного на обрабатываемых поверхностях, применяют подогреваемый катод, эмитирующий электроны(нейтрализатор).Рис. 7. Установка плазмохимического травленияс автономным ионным источником:1 — вакуумная камера; 2 — подложки;3 — нейтрализатор; 4 — газоразрядный источник;5 — магнит; 6 — натекатель; 7 — анод; 8 — катод;9 — система линз; 10 — вращающийся столикИонное травление — универсальный способ для обработки многослойных пленочныхструктур с несовместимыми в условиях жидкостной химической обработки свойствамислоев. (Оно может быть использовано для очистки поверхности любых материалов от примесей любого типа.)Недостатком ионного травления для размерной обработки и формирования конфигураций элементов микросхемы является низкая селективность (избирательность)1 скорости травления различных материалов.