Диссертация (Технологические основы и методики послойного травления кристаллов интегральных схем с системой межсоединений на основе меди), страница 6

1.4.10)показывает, что суммарный поток метастабильных атомов Аr(3Р0,3Р1, 3Р2) покрайней мере на 2 порядка величины ниже потоков положительных ионов и41квантов собственного молекулярного УФ-излучения хлора (256, 307 нм) и,следовательно, их влиянием на изменение вероятности взаимодействияможно пренебречь.Рис. 1.4.10. Зависимости потоков частиц на поверхность медногообразца при плазменном травлении в смеси Cl2/Ar (1 - положительные ионы,2 - кванты собственного УФ излучения Cl2, 3 - сумма (1)+(2), 4 метастабильные атомы аргона Ar(3Р0,3Р1, 3Р2)) [31].Из рисунка также видно, что суммарный поток положительных ионов иУФ-квантов не коррелирует с изменением состава смеси и более чем в двараза превышает значения, наблюдаемые для плазмы чистого хлора. Приэтом разбавление хлора аргоном до 70% практически не приводит ксущественнымизменениямэффективностивоздействиянаобрабатываемую поверхность энергетически активных частиц.В работе [45] показана возможность понижения температуры сухоготравления меди в плазме Cl 2/Ar.

В проведенных экспериментальныхисследованиях авторы использовали высокоплотный источник индуктивносвязанной плазмы (англ. ICP - inductively coupled plasma), состоящий изспиральной катушки (диаметр 12 см, количество витков 3,5) изохлаждаемой водой медной трубки и кварцевой пластины толщиной 1,542см, используемой для передачи мощности в плазму и разделения реактора(вакуумной камеры) и источника (рис. 1.4.11).Рис. 1.4.11.

Схема плазменного реактора с источником индуктивносвязанной плазмы.Расстояние от кварцевой трубки до нижнего электрода составляло6,5 см. Температура образца поддерживалась на уровне комнатной припомощи водяного охлаждения нижнего электрода. Для предотвращенияосаждения продуктов травления на стенки реактора, при помощиспециального кожуха осуществлялся их нагрев до 70°С.Исследованиезависимостискороститравления/осажденияприотношении Cl2/Ar - 0,5 и давлении 7 мТорр показало, что с увеличениеммощности смещения от 0 до 30 Ватт (для ICP мощности 300 Ватт) скоростьосаждения хлоридов меди увеличивается, однако дальнейшее увеличениезначения смещения приводит к замедлению скорости осаждения вплоть доначала травления (рис. 1.4.12).43Рис. 1.4.12. Зависимость скорости травления(etching)/осаждения(swelling) от мощности смещения (давление 7 мТорр, отношение Cl 2/Ar 0,5, ICP-мощность 300 и 400 Ватт) [45].Увеличение скорости осаждения хлоридов меди при увеличениисмещения авторы [45] объясняют ростом ионного потока на нижнийэлектрод без заметной роли физического распыления.

Дальнейшееувеличение значения смещения (30 Ватт для ICP мощности 300 Ватт и 40Ватт для ICP мощности 450 Ватт) делает роль физического распыленияхлоридов меди более заметной, что приводит к уменьшению скоростиосаждения, вплоть до начала травления (70 Ватт для ICP мощности 300Ватт и 80 Ватт для ICP мощности 450 Ватт).Исследованиезависимостискороститравления/осажденияотзначения отношения Cl2/Ar (при давлении 7 мТорр, мощности смещения 75Вт, ICP мощности 600 Вт) показало, что с увеличением доли хлора в смеси(значение Cl2/Ar более 0,5) процесс травления меди блокируетсяхлоридами меди, скорость осаждения которых растет (рис. 1.4.13).Предположительно,такаязависимостьможетбытьобъясненаувеличением ХАЧ в плазме и, как следствие, доминированием образованияхлоридов меди над их распылением [44].44Рис. 1.4.13.

Зависимость скорости травления(etching)/осаждения(swelling) от значения отношения Cl2/Ar (давление 7 мТорр, ICP-мощность600 Ватт, мощность смещения 75 Вт) [45].Методы травления меди в плазме на основе смесиводородосодержащих газов и аргонаИспользование в качестве рабочего газа смеси на основе водорода,позволяет реализовать процесс сухого травления меди в ICP реакторе (рис.1.4.11) при температуре ниже комнатной. Проведенные в работе [46]исследования показали, что газовые смеси на основе водорода позволяютполучать анизотропный профиль с достижимой скоростью травления до13нм/мин.В таблице 1.4.6 приведены параметры процессов сухого травлениямеди на основе смеси H2/Ar, а на рисунке 1.4.14 соответствующие им РЭМизображения вертикальных сечений образцов (медный слой толщиной 100нм, осажденный на Ti адгезионный слой - 20 нм, покрывающийкремниевую пластину; в качестве маски для травления использовался слойоксида кремния).45Таблица 1.4.6Параметры процессов сухого травления меди на основе смеси H2/ArRF-мощностьICP-мощностьРасход H2Расход ArДавлениеТемператураВремяСкоростьРисунокОбразец 11.4.14аОбразец 2100 Вт500 Вт50 см3/мин020108 мин13 нм/мин1.4.14ба)Образец 3100 Вт500 Вт25 см3/мин25 см3/мин20108 мин16 нм/мин14.14вОбразец 4100 Вт500 Вт10 см3/мин40 см3/мин20108 мин10 нм/мин1.4.14гб)г)Образец 5100 Вт500 Вт050 см3/мин20108 мин4 нм/мин1.4.14дв)д)Рис.

1.4.14. РЭМ изображения вертикальных сечений образцов послевыполнения процессов сухого травления меди в смеси H 2/Ar (а - образец 1;б - образец 2; в - образец 3; г - образец 4; д - образец 5) [46].Анализ результатов проведенных исследований показывает, что:- анизотропия профиля меди ухудшается с увеличением доли аргона врабочей смеси;46- скорость травления меди имеет экстремум при равных доляхводорода и аргона;- сравнение характеристик профилей меди полученных при различныхзначениях H2/Ar показывает, что механизм травления включает какхимическую так и физическую (распыление) составляющие.Также в рамках проделанной работы [46] было исследовано влияниетемпературы образца на скорость травления. Проведенные процессы для10°С, 25°С и 40°С показали примерно одинаковую скорость удаления меди- 13 нм/мин.Поученный результат (сухое травление меди при температуре нижекомнатной), авторы [46] объясняют тем, что водород, особенно ватомарной форме имеет высокую химическую активность и подвижность.В самом деле, водородное охрупчивание меди является одним из основныхмеханизмов травления меди [47].

В плазме, H+ и H• могут реагировать споверхностьюметастабильныхивызыватьфазгранецентрированной[48].формированиеВнедрениерешеткойдефектовводородаприводитквивысокометаллыизменениямсихмикроструктуры. Для меди - внедрение водорода может приводить кобразованию микропузырьков [47].Данные утверждения позволяют предположить, что гидриды медимогутобразовыватьсяврезультатевоздействияплазмы,однакотермодинамические расчеты показывают, что давление насыщенных паровгидридов меди (CuH, CuH2 и другие CuHX) слишком мало, чтобыусиливать травление [49].В работе [46] предложено альтернативное объяснение механизмадесорбции продуктов травления меди. В водородной плазме меднаяповерхность подвергается бомбардировке ионами, электронами, а такжефотонами УФ и видимого диапазонов. Данные частицы передают энергию47медной поверхности и могут улучшить удаление продуктов реакции.Например, в [50] сообщалось о фотодесорбции атомов таких щелочныхметаллов как Na, K и Cs.

Для водородной плазмы имеет место УФизлучение в диапазоне 90 - 120 нм [51]. Несмотря на то, что обычно CuHтермически нестабилен даже при температуре 0°C [52], в исследованияхприведенных в [53] сообщается, что при достаточном давлении водородаили его высокой активности, CuH может образовываться.В данном случае, если достигается достаточная стабильность CuH, егодесорбцияулучшаетсяионнойи/илифотоннойбомбардировкой.Аналогично фотодесорбции хлоридов меди с помощью внешнего УФ [54]и ИК [55] излучений при сухом травлении меди в хлорсодержащей плазме.Методы травления меди в хлорсодержащей плазме с использованиемвнешнего УФ излученияВ работе [54] приведены исследования возможности понижениятемпературы сухого травления меди в хлоросодержащей плазме сдополнительным воздействием УФ излучения.

Учитывая трудности,возникающие при десорбции продуктов реакции (хлоридов меди)исследовался механизм фотодесорбции.Для экспериментальных исследований использовалась система сухоготравления с индуктивным источником плазмы (ICP) с цилиндрическойконфигурацией. Система с подобной конфигурацией имеет кварцевоеокно, расположенное сверху (в центре индуктивного источника), чтоделает возможным использование УФ излучения в процессе травления.Схема реактора системы с установленной УФ лампой показана на рисунке1.4.15.48Рис. 1.4.15. Схема плазменного реактора с источником индуктивносвязанной плазмы и УФ лампой [55].В качестве источника УФ излучения использовалась УФ лампа (200Вт), в спектре которой присутствует несколько пиков в диапазоне 300 - 580нм.

Образцами служили термически окисленные кремниевые подложки снанесенным слоем меди толщиной 300 нм. В качестве адгезионного слоя ислоя препятствующего окислению меди использовался нитрид титана(TiN) толщиной 50 нм и 30 нм соответственно. Маской для травленияявлялся проявленный фоторезист.

Схема образца показана на рисунке1.4.16.Рис. 1.4.16. Схема образца, используемого для исследованиявозможностипонижениятемпературысухоготравлениямедивхлоросодержащей плазме с дополнительным воздействием УФ излучения.На рисунке 1.4.17 показана зависимость высоты медных линий послетравления в зависимости от времени с использование УФ излучения и без49(высоталинийизмеряласьпрофилометром).Параметрыпроцессатравления следующие:- RF мощность ICP: 500 Вт;- давление: 5 мТорр;- температура: комнатная;- отношение Cl2/N2: 2.Рис. 1.4.17. Зависимость высоты (surface height) медных линий послетравления (измерялось профилометром) в зависимости от временипроцесса с использование УФ излучения (with UV) и без (without UV) [55].Анализ полученной зависимости (рис.