Побочные эффекты
Побочные эффекты
Травление в реактивных плазменных разрядах сопровождается побочными эффектами, главным образом нежелательными. Рассмотрим наиболее важные из этих эффектов.
1. Осаждение полимеров
Разряды в галогенуглеродных газах приводят к образованию ненасыщенных (обедненных галогеном) фрагментов, способных быстро вступать в поверхностные реакции, продуктом которых являются полимерные пленки. Например, при травлении радикалами CF3 образуются фторуглеродные пленки. Если такие пленки осаждаются на поверхности подвергаемого травлению материала, они приводят к нежелательному замедлению травления. С другой стороны, если осаждение полимерных пленок можно производить избирательно только на маске или подложке, то достигается очень высокая селективность травления.
Избыток ненасыщенных фрагментов, низкая энергия ионов и условия, способствующие протеканию восстановительных реакций, обычно стимулируют осаждение полимерных пленок. Так, при использовании некоторых газов, например CHF3, эти пленки могут формироваться на заземленных и находящихся под плавающим потенциалом поверхностях, но в то же время они не осаждаются на поверхностях, к которым подведено напряжение высокой частоты, в условиях облучения их ионами высокой энергии. Аналогично пленки могут образоваться только на поверхности Si, но не SiO2, поскольку кислород, высвобождаемый в результате травления окисла, вступает в реакции с ненасыщенными фрагментами, образуя летучие соединения.
Осаждение полимерных пленок на внутренних поверхностях реактора вызывает загрязнение подложки атмосферными примесями, в частности водяным паром, и высвобождение газообразных посторонних примесей в процессе последующего плазменного травления. Например, при травлении с использованием окисляющей плазмы в реакторе, внутренние поверхности которого покрыты фторуглеродной пленкой, высвобождается значительное количество атомов Р.
2. Радиационные повреждения
Разнообразные частицы высокой энергии (ионы, электроны и фотоны), присутствующие в плазме, создают потенциально опасную среду для изготавливаемых СБИС. Подзатворный диэлектрик и граница раздела Si-SiO2 особенно подвержены радиационным повреждениям в результате облучения этими частицами.
Наблюдаются радиационные дефекты нескольких типов:
- смещение атомов в результате соударений с ионами высокой энергии; при реактивном травлении этот дефект локализован в приповерхностном слое толщиной не более 10 нм;
- первичная ионизация в результате разрыва связей Si-O и образования электронно-дырочных пар; этот процесс вызывается фотонами дальнего ультрафиолетового диапазона и мягкими рентгеновскими лучами;
- вторичная ионизация, при которой электроны, образующиеся вследствие атомных смещений и первичной ионизации, взаимодействуют с дефектами связей Si-O.
Каждый из этих дефектов проявляется в форме сходных электронных дефектов - положительно заряженных и нейтральных ловушек. Положительно заряженные ловушки вызывают сдвиги величин порогового напряжения и напряжения плоских зон, а нейтральные - захват электронов высокой энергии.
Рекомендуемые материалы
Если подзатворный окисел непосредственно подвергается реактивному плазменному травлению ионами высокой энергии (~400 эВ), смещения атомов не наблюдается, возможно, из-за того, что поврежденный слой непрерывно стравливается. Однако повреждения, вызванные фотонами, проявляются как захваченные дырки и нейтральные ловушки. Захваченные дырки отжигаются при температуре 400 °С, тогда как для удаления нейтральных ловушек требуется отжиг при 600 °С и выше.
В лекции "5 Объект преступления" также много полезной информации.
При непосредственном травлении подзатворного окисла нереактивным плазменным способом наблюдаются атомные смещения, для удаления которых необходим отжиг при 1000 °С.
В реальных условиях изготовления МОП-схем чувствительная к облучению область подзатворного окисла защищена металлизацией затвора (обычно поликристаллический кремний) в процессе травления. Подавляющее большинство частиц не обладает достаточно высокой энергией для прохождения через слой электрода затвора, поэтому радиационные повреждения сконцентрированы по периметру электрода. Кроме того, технологический процесс обычно включает последующие высокотемпературные операции, во время которых радиационные дефекты отжигаются.
Основная проблема, связанная с радиационными повреждениями, возникает при образовании нейтральных ловушек после формирования алюминиевой металлизации, когда дальнейший высокотемпературный отжиг исключен. Необходимо контролировать максимальные ускоряющие напряжения, чтобы они не превышали пороговой величины, за которой начинается образование неотжигаемых дефектов. Эти напряжения определяются конкретной структурой микросхемы и маски.
3. Примесные загрязнения
Все внутренние поверхности системы реактивного травления подвержены ионной бомбардировке и могут распыляться. Если не обеспечивать правильный выбор материала реактора и контроль ускоряющего напряжения, распыленный материал может осаждаться на подложке и загрязнять подвергаемую травлению микросхему. Загрязнение атомами тяжелых металлов, резко уменьшающими время жизни неосновных носителей, часто наблюдалось в реакторах, изготовленных из нержавеющей стали.
Осаждение распыленных нелетучих материалов на подвергаемую травлению поверхность значительно замедляет или полностью прекращает протекание процесса травления. При осуществлении высокоанизотропного травления даже очень небольшие участки подобных загрязнений представляют серьезную проблему. Другой пример примесного загрязнения, препятствующего травлению, - осаждение полимерных пленок, толщина которых иногда не превышает нескольких атомных монослоев. Обычно после сухого травления следует проводить жидкостное травление с целью очистки от загрязнений, особенно после вскрытия небольших контактных окон.
