Реактивное ионо-плазменое травление и осаждение (Раздаточные материалы)

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИРазвитие технологии производства СБИС требует соз-Е.Б ерл ин , С. Двин ин ,Н.М орозовский , Л.Сей дм андания принципиально нового вакуумного технологического оборудования, использующего перспективныефизические принципы обработки. Для формированияская рабочая камера (рис.1).

Система вакуумной откачки этой камеры – безмасляная. Откачка до рабочего вакуума и в процессе обработки производится химически стойким турбомолекулярным насосомтипа Turbo-V 551 Navigator или аналогичным агрегатом. К нижнемуфланцу камеры крепятся патрубок с датчиками вакуума и патрубокс управляемой дроссельной заслонкой и высоковакуумным затвором.Форвакуумная откачка рабочей камеры и камеры шлюза осуществляется агрегатами типа спиральный насос фирмы Anest Iwata.Газовая система установки состоит из 2–8-канальной системыуправления газонапуском на базе регуляторов расхода газа РРГ-10с запорными клапанами. Расход рабочего газа регулируется в диапазоне от 0 до 0,1 Вт.микроструктур с размерами элементов в субмикронной области наиболее перспективны ионно-плазменные процессы, использующие плазму, генерируемуюв скрещенных электрическом и магнитном полях [1].В последние годы повышенное внимание привлекаютсистемы и методы, реализующие ионно-плазменнуюобработку при использовании резонансных явленийв ВЧ- и СВЧ-плазме [2, 3].

Поэтому большой интереспредставляет новая установка реактивного ионно-РАБОЧАЯ КАМЕРА УСТАНОВКИВакуумная (рабочая) камера содержит водоохлаждаемый столик,на котором размещаются обрабатываемые подложки диаметромдо 200 мм; излучатель ВЧ-мощности (антенну), создающий плазмувысокой плотности; устройство лазерного контроля глубины травления; электромагнитную систему, состоящую из двух электромагнитных катушек (рис.2).Антенна располагается на отдельном фланце вверху рабочей камеры установки и перемещается вдоль продольной оси камеры.Для равномерной обработки подложек (допуск по скорости травления ±5%) диаметром до 200 мм требуется антенна диаметром220 мм. При таком размере антенны равномерность на подложкедиаметром 150 мм составляет при травлении термического диоксида кремния ±1%.

Антенна имеет форму цилиндра высотой 50 мм.Она снабжена коаксиальным герметичным подводом ВЧ-мощностии вводами водяного охлаждения. Корпус антенны, отделяющий ее отплазменного травления и осаждения "Каролина 15",отвечающая современным требованиям полупроводникового производства.современных вакуумных установках все шире используются источники плазмы высокой плотности на основе ВЧ-разряда, формирующие так называемую "трансформаторно-связанную плазму"(ТСР)*. ТСР-разряд позволяет травить различные материалы микроэлектроники с высоким разрешением (менее 0,2 мкм) и осаждать слои из парогазовых смесей (плазменно стимулированныйCVD-процесс), обеспечивая при этом высокую эффективность и качество проведения процесса [4].Достоинства ТСР-реакторов – высокая концентрация создаваемой плазмы (порядка 1012 см-3); низкий ее потенциал относительноподложки, что характерно для индукционного разряда; возможностьнезависимого регулирования плотности плазмы и энергии ионов подачей отдельного смещения на подложку и высокая равномерностьионного тока на подложку большого диаметра.Соответствующий источник оригинальной конструкции (антенна)[5–7] был разработан для установки "Каролина 15".

Эта установкапредназначена для ионно-химического травления специальныхматериалов, применяемых в производстве изделий микроэлектроники. Травление осуществляется бомбардировкой поверхностиизделий ионами и взаимодействием обрабатываемого материалас радикалами технологического газа, образующимися в индукционном ВЧ-разряде.ВКОМПОНОВКА УСТАНОВКИУстановка "Каролина 15" состоит из вакуумного модуля и стойкиуправления.

На каркасе вакуумного модуля расположена цилиндриче* ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2003, №2, с.54–56.ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 8/2005Рис.1. Установка "Каролина 15"78Сбоку к вакуумной камере присоединен шлюз загрузки-выгрузкиизделий. Он имеет клапан напуска воздуха в камеру шлюза, систему форвакуумной откачки и вакуумный затвор, отделяющий камерушлюза от рабочей камеры на время проведения загрузки-выгрузкиизделий.СТОЙКА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙВсе управление установкой производится со стойки управления,размещенной слева от модуля травления (см.

рис.1). Управлениеосуществляется встроенным компьютером. Программное обеспечение позволяет задавать значительное количество процессов обработки изделий в произвольной последовательности, включая сменурабочих газов, изменение мощности генераторов, подаваемых в антенну и на подложкодержатель, время обработки изделий в каждомпроцессе.В стойке размещаются два ВЧ-генератора типа УВ-1 мощностьюдо 1 кВт и частотой 13,56 МГц. Один используется для питанияантенны, другой создает смещение на подложкодержателе.Управление устройствами согласования встроено в генераторы.Значение напряжения смещения столика измеряется и отображается на дисплее установки вместе с остальными параметрамипроцесса.“Каролина 15” комплектуется устройством оборотного охлаждения для подачи воды или другой охлаждающей жидкости в элементы установки.Размещается установка в производственном помещении без специального фундамента.

Для этого нужна площадь 10 м2 с учетомдвижущихся частей, рабочего места оператора и необходимых проходов. Агрегаты типа спиральный насос фирмы Anest Iwata устанавливаются сзади модуля откачки или на техническом этаже.Рис.2. Рабочая камера установкиплазмы, изготовлен из кварца толщиной 4 мм. Внутри корпуса расположена водоохлаждаемая спиральная катушка специальной формы, витки которой выполнены из меди. Особенность данной конструкции – вложение спиралей друг в друга, т.е. совмещение ихв одном объеме.

Это позволило уменьшить габариты антенны исконцентрировать излучаемую ею мощность. Важное преимуществотакой антенны – возможность работы при травлении проводящихматериалов практически неограниченное время.Антенна создает на расстоянии 80–120 мм от обращеннойк подложке плоскости своего основания плазму очень высокой концентрации в зависимости от поданной мощности и сорта рабочегогаза, например 1·1012 электрон/см3 при давлении аргона 0,5 Па иВЧ-мощности 900 Вт. Диапазон рабочих давлений этого разрядаочень широк – от 100 до 0,1 Па и даже менее.При необходимости еще более повысить плотность плазмыприменяется навесная магнитная система в виде двух электромагнитных катушек большого диаметра, установленных вне рабочейкамеры. Создаваемые ими магнитные поля способны увеличитьплотность плазмы еще на 50–70 %.Ниже антенны размещается обрабатываемая подложка с диаметром до 200 мм, лежащая на столике-подложкодержателе.

Столикэлектрически изолирован от корпуса установки и имеет электрический вывод из камеры. Без подачи смещения на столик потенциалплазмы составляет всего несколько вольт, поэтому ионы и радикалы, участвующие в обработке подложки, практически не имеют кинетической энергии.При подаче на столик через устройство согласования ВЧ-смещения промышленной частоты 13,56 МГц на подложкодержателе приналичии плазмы возникает отрицательный потенциал автосмещенияотносительно корпуса установки.

Этот потенциал в зависимости отусловий разряда составляет от 20 до 400 В. В этом случае ионы, ускоряющиеся в сторону обрабатываемого объекта, приобретаютэнергию порядка потенциала автосмещения.Если же на подложкодержатель подаются прямоугольные импульсы напряжения с частотой 50–100 кГц, то энергия ионов составляет почти удвоенную амплитуду этих импульсов из-за выпрямляющего эффекта на границе плазма–подложкодержатель.Рассмотренное раздельное регулирование плотности плазмы иэнергии ионов, вытягиваемых из плазмы, обеспечивает широкиевозможности для выбора оптимальных режимов травления.Подвод и слив воды (охлаждающей или прогревающей) на подложкодержатель осуществляются через изоляционный шланг длиной не менее 1,5 м.ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ТРАВЛЕНИЯУстановка "Каролина 15" использовалась в различных технологических процессах избирательного травления:· при травлении слоев термического диоксида кремния скоростьтравления составляла 0,7 мкм/мин при равномерности не хуже±1% на подложке диаметром 150 мм.