Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок (1051243), страница 28
Текст из файла (страница 28)
На специальном каркасе расположено устройство лазерного контроля глубины травления, подключенное к своему блоку управления, имеющему выход на компьютер или самописец. В плоскости столика за пределами вакуумного объема на специальных кронштейнах размещается электромагнитная система. Она состоит из электромагнитной катушки, ось которой совпадает с осью системы. Потребляемый ею ток регулируется от нуля до 3 А. Она используется для создания магнитного поля в рабочей зоне, когда это необходимо из соображений удобства технологического применения, например, при работе с сильно диссоциируюшими газами, когда при зажигании плазмы резко меняется давление в камере и возникает необходимость дополнительно согласовать ВЧ-генератор с плазмой. В этом случае заранее включенное магнитное поле напряженностью всего 10 ь15 Гс существенно упрогцает процесс согласования.
Раздельное регулирование плотности плазмы и энергии ионов, вытягиваемых из плазмы, обеспечивает широкие возможности для выбора оптимальных режимов травления. 18.3.1 Вакуумная и газовая системы установки Вакуумная система установки подсоединена к вакуумной камере через электромеханический затвор ЗВЭ-160. Вакуум в камере установки создается с помощью диффузионного насоса Н-160, который имеет скорость откачки 0,7 м'/с, и заливной азотной ловушки с диаметром эффективного отверстия 160 мм.
Азотная ловушка существенно снижает влияние на процесс травления водяных паров из остаточных газов и, кроме того, коцденсирует летучие продукты реакции травления и большинство применяемых рабочих газов. При применении азотной ловушки в диффузионный насос не попадают ни продукты реакции, ни рабочие газы.
На азотной ловушке закреплен датчик наличия жидкого азота в ловушке. Ловушка с помощью устройства подачи жидкого азота из комплекта установки подключается к сосуду с жидким азотом. Управление подачей жидкого азота в ловушку выведено на лицевую панель блока управления вакуумной системой. Для плавной регулировки скорости откачки камеры в патрубке, соединяющем вакуумную камеру с откачной системой, имеется дроссельная заслонка. Снижение с ее помощью эффективной скорости откачки ~~за а З.з. !ю.з е о „ао Ра-о вакуумной камеры увеличивает давление рабочих газов в камере, что используется иногда для облегчения зажигания плазмы при предельно низких рабочих давлениях.
После зажигания заслонка снова открывается. Заслонка используется и для повышения давления в камере без увеличения газовой нагрузки на откачную систему, если этого требует технология травления конкретного материала. Для предварительной откачки камеры и поддержки работы диффузионного насоса предусмотрен форвакуумный агрегат АВР-50. Обслуживание откачных средств проводится с учетом накопления в них токсичных газов и продуктов травления.
Для этого замену масла в обоих насосах проводят одновременно через два месяца двухсменной работы. Из этих же соображений выхлоп форвакуумного агрегата и газы после продувки камеры направляются в магистраль вытяжки. Газовая система установки состоит из двух-трехканальной системы управления газонапуском и двух-трех каналов газонапуска на базе регуляторов расхода газа РРГ-9 с электромагнитными запорными клапанами. Расход рабочего газа регулируется от 0 до 0,1 Вт. Показания расходомера РРГ-9 выраженные в вольтах, пропорциональны потоку газа.
Пересчет его показаний в поток соответствующих газов, выраженный в ватгах, осуществляется путем их умножения на соответствуюший градуировочный коэффициент: 0,0! 75 для аргона, О 025 для кислорода, 0,095 для шестифтористой серы и 0,09 для четыреххлористого кремния. Все газовые магистрали установки выполнены из нержавеющей стали. Система управления газонапуском находится на лицевой панели вакуумного поста в удобном для оператора месте.
!оооо ~ !зов согласуюшее устройство НЧ-генератору не требуется. Величина напряжения автосмешения столика измеряется одним из приборов генератора. Приборы генератора показывают также ионный ток, текущий в цепи генератора, и амплитудное значение НЧ-напряжения. В целях возможной последуюшей модернизации установки для питания рабочего столика вместо НЧ-генератора на стойке может быть установлен второй ВЧ-генератор типа УВ-1. Тогда на кожухе согласующего устройства антенны устанавливается отдельный прибор измерения автосмешения столика. А в нижней задней части первого модуля установки располагается согласуюшее устройство, соединяюшееся ВЧ-кабелем с рабочим столиком и генератором ВЧ, подаюшим смещение на столик.
Мощность, потребляемая установкой от питающей сети, не более 7 кВА. 18.5. Работа установки После достижения в камере нужного по технологии остаточного давления !реально достижимое не хуже 5 10 4 Па) в камеру напускаются технологические газы. Чем ниже рабочее давление технологических газов, тем ниже скорость травления, но выше анизотропия травления. Поэтому для прецизионного травления использовали рабочее давление примерно 6 10 ' Па, а для ускоренного травления — 4 1О' Па.
Затем включается ВЧ-генератор в режиме стабилизированной мошности. Подводимая мощность регулировалась в диапазоне от 100 до 1000 Вт. 16 зо $1з ~ зо д о заа заа зоо 18.4. Стойка питания и управления установки Стойка питания и управления установки располагается вплотную к вакуумному посту справа. Она состоит из блока управления вакуумной системой, ВЧ-генератора со своим согласующим устройством, нагруженным на антенну, и НЧ- или ВЧ-генераторов, нагруженных на стол, многоканального вакуумметра БПДВ, источников питания электромагнита и лазера. В стойке устанавливается один ВЧ-генератор типа УВ-1 мошностью до ! кВА и с частотой 13,56 МГц для питания антенны. Управление устройством согласования встроено в генератор.
Над ВЧ-генератором располагается НЧ- или ВЧ-генератор, который выдает сигнал смешения, имеющий форму меандра. Частота генератора ! 00 кГц, поэтому Рие. 18.1. Плотность ионного тока в зависимости от мощности, подводимой к антенне, при фиксированных значениях расхода газов С! 56 алт»н» 2. Глава 18. Ранее выпуска«иванов установка «Каролина РЕ-4» 14 8 12 8 8 8 б 0 07 0,47 0,8 15 1,7 2 2,5 2 4 5 5«сз»«газа. В Рис.
18.2.Плотность ионного тока в зависимости от расхода рабочего газа при фиксированной ВЧ-мошности Зонд Ленгмюра, установленный около подложек, дает возможность оценить плотность ионного тока. Она практически линейно зависит от ВЧ-мощности, подводимой к антенне (рис. !8.1 — !8.2). Плотность плазмы, в свою очередь, прямо пропорциональна плотности ионного тока, что дает возможность оценить ее по графикам на рис. 18.1 — 18.2.
Оценочным расчетом из зависимости плотности ионного тока от мощности ВЧ в антенне было получено, что при мошности 800 Вт в среде аргона достигается очень высокая концентрация плазмы (более ! 10" электронов в см'). Кроме того, из рисунка 18.2 следует, что величина плотности ионного тока растет с ростом давления технологического газа (и пропорционально его потоку). Без подачи на столик ВЧ- или НЧ-мошности потенциал столика относительно плазмы составляет всего несколько вольт.
Этот потенциал, определяюший энергию ионов, бомбардируюших поверхность столика, возрастает, когда на столик подают мошность от ВЧ- или НЧ-генератора. Эта мощность ограничена сверху стойкостью используемых фоторезистов или электронорезистов. Точное значение мошности (от 70 до 300 Вт в случае ВЧ-генератора) устанавливали таким, чтобы потенциал автосмещения был в диапазоне минус 20»200 В относительно корпуса камеры. Такой режим обеспечивал скорость травления двуокиси кремния 1 мкм/мин, монокристаллического кремния до 1О мкм/мин и нитрида галлия 0,12-.1,2 мкм/мин (естественно.
в различных технологических средах и при различных давлениях). 744. а з «4 а» ~ за»7«77 Плотность ионного тока контролируется по амперметру генератора НЧ. Реальная величина ионного тока равна разности показаний амперметра в присутствии плазмы и без нее. В отсутствие плазмы ток генератора обусловлен емкостной связью столика с «землей». При работе системы травления рабочий столик заряжается электронами плазмы, смещая потенциал столика в минус на величину, близкую к амплитуде генератора НЧ. Максимальная энергия ионов, бомбардируюших рабочий столик с изделиями, равна сумме двух напряжений: амплитуды напряжения импульсов плюс напряжение смещения. Величина и стабильность напряжения смещения, а также тока генератора НЧ служат показателями воспроизводимости режима травления от процесса к процессу.
18.б. Применение установки в технологии изделий микроэлектроники На установке «Каролина РЕ-4» получены окна сверхмалых размеров в диэлектрических пленках при изготовлении полевых транзисторов сверхвысокой частоты (30-40 ГГц) на арсениде галлия. Окна получали с помощью электроннолучевой литографии и последуюшего травления в плазме фреона-218 при давлении 0,1 Ра. Мощность обоих генераторов — и того, что подключен к антенне источника плазмы, и того, что подключен к столику, не превышала 150 Вт. Скорость травления нитрида кремния составила 0,14 мюи/мин.
При этом скорость бокового травления была в сто раз меньше. Равномерность травления на пластине диаметром 150 мм бьша не хуже +3%. Ширина полученной «канавки» не превышала 0,1 мкм при толщине диэлектрика (нитрид кремния) 0,15 мкм (рис. 18.3). При этом низкая энергия ионов, бомбардируюших подложку (не более 100 эВ), позволила получать низкий уровень радиационных повреждений подложки из арсенида галлия, так как эта область является контактной зоной Т-образного затвора полевого транзистора. Кроме того, установка была использована при травлении эпитаксиальных структур ингрида галлия на сапфире при производстве светодиодов синего излучения.
Процесс вели в плазме смеси газов, содержащих хлористые соединения при очень низких рабочих давлениях (менее 0,1 Па). Мощность в антенне была не более 400 Вт, смещение не более 200 В при применении НЧ-генератора. Глубина л «и-=гг ~Д Литература к главе 18 ~Б» ч З.г !»Р, » ег Р»* травления составляла 1,4 мкм, и скорость травления не менее 0,12 мкм/мин.
Точность остановки по достижении заданной глубины травления не хуже 50 нм (при использовании лазерною измерителя глубины травления). И здесь одним из главных достоинств установки явилась низкая энергия ионов в процессе травления, благодаря которой создаются малые радиационные повреждения приповерхностных слоев ингрида галлия, что позволило получить омические контакты к протравленным областям с низким переходным сопротивлением. Рнс. 18.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
