Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Различают реактивное ионно-плазменное (при давлении 10-'...10' Па) и реактивное ионнолучевое (при давлении 10 '...10-' Па) травление. Плазмохнмнческое травление основывается на разрушении материала в результате химических реакций с помощью радикалов и ионов химически активных газов, образующихся в плазме газового разряда.
При этом в результате химических реакций образуются летучие соединения, удаляемые из рабочей камеры вакуумными насосами. Да~пление в рабочей камере при плазмохимическом травлении микроструктур ИС составляет 10...10' Па. С помощью перечисленных методов травления можно обрабатывать практически любые материалы: металлы, кремний, окислы, нитриды, высокомолекулярные соединения (резнсты) и т. д. Разрешающая способность ионного травления составляет 1...3 мкм, погрешность размеров при травлении микроструктур лежит в диапазоне 0,1...0,5 мкм. При физическом ионном распылении материалов практически отсутствует селектнвность травления, а при химическом взаимодействии скорости травления разных материалов могут иметь существенное различие.
При плазмохимическом методе травления не возникают дефекты поверхностного слоя, тогда как бомбардировка ускоренными ионами может вызывать нарушения структуры поверхностного слоя обрабатываемой поверхности. Все методы ионного травления реализуются на установках днодного, трехэлектродного, магнетронного типов, с автономным ысточннком ионов и с высоким плазменным давлением, На рис.
5.8 изображены схемы установок ионного травления: диодной на постоянном токе (а) и высокочастотной (б), трехэлектродной (в), магнетронной (г), с автономным источником ионов (д) и с высоким плазменным давлением (е). От типа установки зависит скорость н равномерность травления. Наиболее простым является метод диодного травления на постоянном токе (рис. 5,8,а). В вакуумной камере 8, откачиваемой через патрубок 7, с помощью натекателя 1 устанавливается давление рабочего газа (или инертного аргона, или активных Оз, СР4, СРзС1з) 1...100 Па. На плоский электрод 5 через герметичный токоввод 6 подается отрицательный потенциал 1),=1...5 кВ. В пространстве между электродом-мишенью 5, на котором установлены обрабатываемые подложки 4, и заземленным корпусом камеры 8 возникает газовый разряд 2.
Положительно заряженные ионы 3 рабочего газа устремляются к электроду-мишени 5 н бомбардируют расположенные на ней подложки. 6 — 6281 81 11 й) а) 77м 77о И 8) !б 77 г) 77 18 76 79 Рнс 6.8. Метены ионного травления микросгру Простота конструкции диодной системы травления подкрепляется высокой равномерностью обработки по всей поверхности электрода-мишени 5 и возможностью, при переходе на ВЧ-напряжение, которое подается на мишень, обработки как металлов, так и диэлектриков. При травлении непроводящих пленок необходимо постоянно компенсировать скапливающийся на мишени положительный заряд, что успешно выполняют отобранные из плазмы электроны 9 (рис.
5.8,б) в положительной полуволне ВЧ- напряжения на мишени. При частоте приложенного напряжения 82 колько мегагерц (обычно 1=13,58 МГц) «легкие» электроны в несколько м успевают совершать перелет и к электроду-мишени, ко ен ру на нем положительный потенциал, и к корпусу камеры — аноду, ионизируя поступающий в рабочий объем газ, тогда как «тяжелые» ионы, практически не меняя своего направления, постоянно бомбардируют мишень с подложками.
Для локализации плазмы и уменьшения потерь мощности используется экран 10. Высокочастотный токоввод, как правило, выполняется водоохлаждаемым 11. В диодных системах мишень выполняет двойную функцию: с одной стороны, она является источником поддержания разряда, а с другой — местом расположения подложек. Такое совмещение функций существенно снижает возможность управления процессом ионного травления, так как невозможно независимо регулировать энергию ионов, ионный ток и давление рабочего газа, проводить травление ионами низких энергий, прекращать травление без выключения разряда, контролировать и регулировать угол падения ионов на поверхность подложек.
Скорость ионного травления материалов в диодных системах ограничивается плотностью мощности ионного тока на мишени, которая должна быть меньше критической для используемой резистивиой маски. Для повышения критической плотности мощности ионного тока подложку необходимо охлаждать. Обычно в диодных системах ионного травления максимальная плотность ионного тока на мишени составляет 1...5 мА/сма, и поэтому скорость травления невелика, менее 1 нм/с.
Трехэлектродная система ионного травления (рис. 5.8,в) состоит из трех независимо управляемых электродов: термокатода 12, анод 14 и мишени, на которой размещаются обрабатываемые оба 4 разцы. После откачки рабочей камеры до давления 10 Па термокатод 12 разогревается до температуры, при которой достигается высокая плотность тока термоэлектронной эмиссии.
Затем в камеру напускается рабочий газ и подается напряжение между катодом 12 и анодом 14, что приводит к зажиганию газового разряда. На мишень может подаваться как постоянное отрицательное напряжение при травлении проводящих образцов, так и ВЧ-напряжение при травлении диэлектриков. В триодных системах процессы образования плазмы и травления разделены, что позволяет управлять энергией ионов с помощью изменения напряжения на мишени, однако нельзя регулировать угол падения ионов. В трехэлектродных системах плотность ионного тока составляет 15...20 мА/сма, что позволяет получать скорости травления 5...10 нм)с.
В триодных системах трудно получить однородную плазму из-за малого размера термокатода по сравнению с холодными катодами в д~иодных системах, что приводит к неравномерности обработки подложек. Кроме того, наличие накального термокатода ограничивает использование системы при травлении химически активными газами. 6* 8З 85 Для выравнивания неоднородности плазмы газового разряда, а следовательно, для повышения равномерности ионного травления подложек на поверхности мишени, а также для повышения эффективности ионнзацни прн более низких, чем прн диодном травлении, давлениях в трехэлектродных системах используются электромагнитные катушки 13. Создаваемое ими магнитное поле заставляет электроны двигаться по спиральным траекториям, увеличивая тем самым нх пробег н, следовательно, вероятность столкновения с атомами или молекулами рабочего газа.
т Реализуя в установках днодного и трехэлектродного типов мод плазмохнмнческого травления, не удается достигнуть высокой еточности обработки из-за возможности подтравлнвания в результате химической реакции материала под маской. Более точное конно-плазменное травление ионами инертных газов имеет низкую скорость распыления материалов н может вызывать дефекты бомбардируемой поверхности. Совместить высокую производительность н избирательность плазмохнмнческнх методов с направленным характером ионного травления можно в системе ионно-химического травления, например, с цилиндрической ВЧ магнетронной системой (рис.
5.8,г). Подложки загружаются на цилиндрический электрод-мишень (барабан) 15, к которому подводится ВЧ-напряженне. Между барабаном 15 н заземленными стенками вакуумной камеры возникт ае разряд с большон плотностью плазмы и высокой однородноэ стью благодаря действию магнитного поля, создаваемо о лектромагнитной системой.
Эффект направленного травления дог стигается, во-первых, из-за низкого рабочего давления (О,1... ...0,3 Па), практически исключающего рассеяние ионов за счет столкновения с молекулами газов, во-вторых, вследствие увели нн е увеличея степени ионизация рабочего газа в результате большого поглощения ВЧ-мощности плазмой, помещенной в магнитное поле. Прн этом травление активными ионами, ускоренными по направлению к подложке, преобладает над травлением нейтральными радикалами. Скорость травления возрастает с увеличением тока в магнитной катушке.
К арабану с подложками подводится мощность 4 кВт при часКб , тоге 5,28 МГц. Производительность установки подобного типа («Трнон») составляет 150 подложек диаметром 100 мм в час прн травлении 510~ толщиной 0,5 мкм. Магнитная система обеспечивает высокую равномерность травления — отклонение размеров не превышает -+5 %. Системы с автономным источником ионов (АИИ) (рис.
5.8,д) обладают следующими преимуществами: небольшое радиационное воздействие заряженных частиц н фотонов на обрабатываемые структуры в результате отделения рабочей камеры от источника ионов; значительно меньшее, чем в предыдущих методах, загрязнение подложек за счет устранения процессов обратной диффузии 84 н рассеяния, а также снижения отрнцательного влияния остаточных газов прн высоком вакууме в рабочей камере (менее 10-'Па); возможность независимой регулировки угла падения, энергии н тока ионов, что позволяет контролировать и управлять профилем травления микроструктур; возможность наклона и вращения мишени с образцами, позволяющая повысить равномерность травления. Установка с АИИ используется прн травлении самых разных материалов.
Ионизнруемый инертный газ напускается через натекатель в камеру ионного источника 16, в которой прн давлении 0,1...1 Па между термокатодом н окружающимегоцнлнндрнческим анодом 17 зажигается газовый разряд. Для увеличения эффективности ноннзацни на разрядный промежуток с помощью электромагнита накладывается аксиальное магнитное поле, которое заставляет электроны двигаться по циклоидным траекториям.
Стенки анода находятся под высоким положительным потенциалом (до нескольких киловольт), что приводит к вытягиванию ионов и ускорению их системой нз трех молибденовых сеток 18, обеспечивающих получение хорошо сколлимированного ионного пучка. Из компенсатора объемного заряда 19, представляющего собой раскаленную вольфрамовую нить, в ионный пучок эмнттнруются электроны для нейтрализации заряда пучка, что позволяет проводить травление непроводящнх материалов ускоренными нейтральными атомами 21. Плотность тока может достигать 5 мА/см'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
