К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Поток продуктов реакции Я (смз/мин), поступающий в газовую фазу в результате травления материала площадью А;», определяется вырюкением Я = 2ДЗ 10.з'л 4»»п, (2.2.1) где л - в атом/смз; Ты - в смз; » - в нм/с. Расходы и потоки газа в формуле (2.2.1) и далее везде в настоящей главе нзмерюотся в стандартных смз/мин, т.е. обгем таза приводится к стандартным условиям рс = 101 325 Па и ТО = = 298,16 К.
Физическое распыление. При этом процессе химические реакции не протекюот, окорость травления материала определяется только процессом удаления атомов ионной бомбардировкой. К такому типу травления относятск процессы ИПТ, ИЛТ и АЛТ, в которых активные частицы остаточных газов не способны проводить химическую модификацию поверхности обрабатываемого материала. Экспериментальные и теоретические исследования доказывают, что механизм физического (ионного) распыления связан с передачей кинетической энерп»н (импульса) от бомбардирующей частицы атомам материала за счет упругих столкновений и приводит к прямому вмбиванию атомов материала из равновесных положений. Механизм физического распьгления является доминирующим в том диапазоне энергии бомбарднрующих частиц, где ядерное торможение частиц в материале мишени значительно больше электронного.
Для тяжелых бомбардирующлх частиц (ионов, атомов, молекул и нейтронов) зто условие всегда выполняется в диапазоне энергий 0,1— 1,0 кэВ, характерном для процессов ИПТ, ИЛТ н АЛТ. Скорость травления (нм/с) материала в результате физического распыления в точке с координатами х, у на его поверхности при пацелли ионов под упгом гс (упш отсчитывается от нормали к поверхности материала) определяетоя по формуле » = 6,25 10п — сова, (2.2.2) -'у и тр где о' - коэффициент распыления материала, зависящий от энергии Ея и угла падения а ионов, атом/ион; /я — плотность ионного тока на поверхности материала, А/смз; л - в атом/смз.
Радиацвеюю-везбуащаемое химическое травление. При этом процессе спонтанные химические реакции травления материала не протекают, а основной вклад в удаление материала вносят возбуждаемые радиационной стимуляцией химические реакции (доля физического распыления мюю). К такому внлу травления относятся процессы РСГГ, РСРТ, ПТ, РИПТ, РИЛТ и РАЛТ, в которых нейтральные щзовые частицы спонтанно не травят обрабатываемый материал. В этом случае радиационное воздействие (РВ) само возбуждает химические реакции, и его параметры (вид, знерпщ, интенсивность, пространственное распределение) непосредственно определюот характеристики травления.
Скорость радицнонно-возбуждаемого химического травления материала (нм/с) 7 р.ккр. р.ах.р. », =10 ' ' ''Дрв, лм где зр в кр - вероятность радиацнонновозбуждаемой химической реакции, зависюцая от энергии РВ; 2' „- коэффициент выхода материала в результате радиационно- возбуждаемой химической реакции, зависящий от энергии РВ, атом/частица; Чр в - плотность потока РВ на поверхность материала, (см з с '); л - в атом/смз. Ралвацвеиие-стимулированное хвмвческее травление.
Спонтанные химические реакции вносят существенна|В вклад в удаление метериала. Радиащгонное воздействие в результате стимуляции химичеоких реакций значительно увеличивает скорость травления, доля физического распылеющ мала. К такому виду травления относятся процессы РСГТ, РСРТ, ПТ, РИПТ, РИЛТ н РАЛТ, в которых нейтральнме газовые частицга спонтанно травят обрабатываемый материал. В этом случае роль РВ заключается в стимулировании (актнвировании) спонтанных химических реакций. Скорость радиационно- стимулированного химического травления (нм/с) определяется выражением ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУКТУРЫ ДО И ПОСЛЕ РАЗМЕРНОГО ТРАВЛЕНИЯ 91 = 10 у экр) крика ч +ар с крг р.а.крчр.в лм где э л Р - вероатносп радиационно- стимулированной химической реакции, зависюцая от энергии РВ; уралу — коэффициент выхода материала в результате радиационно- стимулированной химической реакции, зависящий от энергии РВ, вгом/частица.
Хнаегаееки иоднфнцировашюе фнзиюекое расвылеиие. Спонтанные, радиационно-стимулированные или радиационно-возбуждаемые химические реакции с образованием нелетучих соединений (продуктов) модифицируют поверхностные слои обрабатьваемого материала (например, поверхность кремния под воздействием плазмы аргон/кислород превращается в слой диоксида кремния), которые удалшотся в результате физического распыления. Скорость травления модифицированных слоев за счет физического распыления может быть ках больше, так и меньше скорости травления исходного материала, в первом случае происходит химически ускоренное физическое распыление, а во втором - химически замедленное физическое распьшение.
К такому типу травления относятся некоторые процессы РИПТ, РНЛТ н РАЛТ, а тыске те процессы ИПТ, ИЛТ и АЛТ, в которых активные частицы остаточных газов способны проводить химическую модификацию поверхности обрабатьпиемого материала. Скорость травления материала в результате химичеахи модифицированного физического распьшения может быть выралгена аналитически только когда химическая реакция модификации его поверхности происходит намного быстрее физического распыления, тогда согласно (2.2.2) скорость травления (им/с) Угу =6,251025 кми "соэх, лх.м. и где ) ки и — коэффициент распыления химически модифицированного материала, зависящий от энергии и угла падения ионов, атом/ион; лх и „- атомная плотность химически модифицированного материала, атом/смз.
Коэффициенты распылении и выхода материалов, а также вероятности химических реакций поддаются теоретическому расчету только в самых простейших случаях и, обычно, определяются экспериментально. 2.2.2. 2АРАетеРистики стгуктугы дО и после РАЗМЕРНОГО ТРАВЛЕНИЯ На операцию вакуумного газо- плазменного травления (ВГПТ) функционального слоя поступает структура с сформированной резистивной маской (входнзя структура), которую характеризуют (рис.
2.2.2, а): Рва. 2.2.2. Ввд струюу1аи да (а) в после (6) авараэва ВГПТ фуахявавальаага алею 1- маска; 2- фувкциавахьвий ахай; 3- подавай; 4- пахлакка внд материала функционального слоя; средняя толщина функционального слоя «ф.а = («ф.а + «ф.а )/2, (2.2.3) где «ф а и «ф а - соответственно максимальная и минимальная толщины функционального слоя на пластине (подложке).
Для определения распределения измеряемой характеристики по поверхности пластины (а следовательно, и определения ее минимальных и максиьаавьных значений) измерения проводятся в точках, расположенных на двух взаимно перпендикулярных диаметрах, при этом для пластин диаметром 100 и 125 мм измерения проводятся в пяти, а для пластин диаметром 150 и 200 мм — в аемн равноотстоящих друг от друга точках по каждому направлению с обязательным включением центральной точки и расположением внешних точек на расстоянии 8 мм от края пластины; неравномерность толщины функцио- НаЛЬНОГО СЛОЯ Гф с На ПЛаСтИНЕ «, =~«ф;"-«ф',)/(«фк* ь« ',); (2,24) «ф а = «ф, + А«фа —— «ф,(1 + ф,); (2.2.5) «ф а «ф.а А«ф,а «ф.а(1 Гф.а) (2'2'б) внд материала маскирующего покрытия (маски); сРедняя толщина маски «, определяемая как «фа в формуле (2.2.3); неравномерносп толщины маски г, определяемая как Г4, в формуле (2.2.4); 1лааа 2.2.
ВАКУУМНАЯ ГАЗО-ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА средний размер 2, элемента в маскирующем покрытии, определяемый как Иф в формУле (2.2.3); Разброс РазмеРа элемента в маскирую щем покрытии по пластине гэм, определяемый как гф в (2.2.4). Средний размер элемента маски Е и его разброс представляются в виде Хм(1 х гэ.м)' вид материала подслоя (слоя, на котором находится обрабатываемый функциональный слой); средняя толщина подслоя г(а, определяемая как г(ф с в формуле (2.2.3); неравномерность толщины подслоя гв определяемая как гф с в формуле (2.2.4); в отдельных случаях могут задаваться среднее значение угла наклона профиля элемента маоки и его разброс по пластине В(1 х Х ф) (на рис. 2.2.2, а () = 90 ').
На структуре, выходящей с операции ВГПТ функционального слоя (входной струхтуре), необходимо получить следующие харагстеристики (рис. 2.2.2, б): средний размер элемента в функциональном слое Хфс, определяемый как г(фа в формуле (2.2.3); разброс размера элемента в функциональном слое по пластине галу, опРеделаемый как гф с в формуле (2.2.4). Средний размер элемента в функциональном слое Еф и его разброс представляются в виде Хфс(1 А К Гэ.ф.с) допустимое изменение толщины подслоя ЬИл (допустимый подтрав подслоя). Перечисленные характеристики выходной структуры задаются для всех процессов ВГПТ функциональных слоев.
В отдельных частных случаях выходную структуру могут также характеризовать: допустимое изменение толщины маски Ги/и, которое обычно задаегся на рельефной поверхности при низкой селективностн травления функционального слоя относительно маски; допустимое изменение размера элемента в масхирующем покрытии 2АЕм; допустимые изменения размера элемента функционального слоя относительно первоначального размера элемента в маске по верхней 2ЬЕф и нижней 2АЕф кромкам (см. Рис. 2.2.2, б). Если при травлении нет изменения размера элемента маски, т.е. 2Ы = О, то отсутсгвует и изменение размера элемента в функциональном слое по нижней кромке, т.е.
2АЕф = О. Тогда 2А~~ обозначается как 2Ы,; среднее значение угла наклона профиля элемента в функциональном слое и его разброс по пластине ~р(1 + г ). 2.2.3. тезнологичксжиж ЛАРАетеристьгки ПРОЦКССОВ ТРАВЛЕНИЯ ФРГЩЦИОНАЛЬНЬЩ СЛОЕВ МИКРОСХКМ К технологическим характеристикам процессов ВГПТ относятся следующие: средняя скорость травления функционального слоя ~тр.ф,с = '(~туфе ~ Утр фа)/2 ще у~~ф = Ьг(ф~~/Г и = Мф /Г - соответственно максимальная и минимальная скорости травления функционального слон на пластине; Аг(,~ и Аг(,~- соответственно максимальное и минимальное изменение толщины функционального слоя на пластине за время травления ф; неравномерность скорости травления по пластине г„, определяемая как гф с в (2.2.4).
Вместо г(ф с и Иф с будут утр ф с и у ~ф, — соответственно максимальное и минимальное значения скорости травления ФС, определяемые согласно формулам (2.2.5) и (2.2.6). Аналогичным образом рассчитываются неравномерности скорости травления по зырузке и между загрузками пластин в установку. При определении скорости и неравномерности скорости травления по пластине следует проводить травление функционального слоя на глубину, равную 2/3 - 3/4 его исходной толщины, чтобы исключить влияние подслоя и зырузочного эффекта.
Зырузочным эффектом называется зависимость скорости травления материала от площади его поверхности, подвергаемой травленюо (числа зырухщемых в установку пластин). Иногда для характеристики процессов ВГПТ используют понатие равномерность травления йгр, которая определяется как Я, =1-2г„ селективности травления функционального слоя относительно маски (м) и лодслоя (п), определяемые соответственно: 'сф,с/и Утр.фс / Утр.м~ 'чф.с/л Утр.ф.с / Угр.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
