К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 36
Текст из файла (страница 36)
рис. 2.3.1). Для обработки применяют пучки ионов инертных газов, например аргона, а также химически активных газов и соединений - кислорода, фторсодержащих соединений и т.д. Эффект полирования существенно зависит от состава пучка ионов и угла падения ионов на подложку.
Трэвлевне материалов. В конце 60-х годов был освоен процесс ионне-лучевого трав- ' ления (ИЛТ) материалов через фоторезистивные маски. Травление осуществлюгось пучками ионов инертных газов за счет физического распыления материалов (ом. рнс. 2.3.1). В 1974 г. впервые бьш предложен н реализован процесс селективного прецизионного травления материалов пучками ионов химически активных соединений. Процесс реактивного ионно-лучевого травления (РИЛТ) состоит в удалении материала за счет химического взаимодействия ионов химически активных соединений с обрабаъшаемым материалом (см.
рис. 2.3.1). В результате юанмодействия образуются летучие соединения, откачнваемые вакуумной системой. Вследствие этого РИЛТ, обладая достоинствами ИЛТ по разрешению процесса и точности переноса рисунка„обеспечивает селектнвносп, травления одного материала относительно другого. Методы ИЛТ и РИЗТТ по сравнению с плазмохнмическим травлением имеют ряд преимуществ: ИЛТ н РИЛТ яюшются наиболее аннзотропными процессами, поокольку ионы образуются и ускоряются до требуемой энергии в автономном источнике и с малой расходнмостью (обычно не превышающей 5 ') проходят пространство мелду источником и подлогккой без соударения с остаточным газом. Отсюда вьпекают следующие технологические возможности методов ИЛТ и РИЛТ: наибольшее разрешение метода (получены минимальные размеры элементов менее 0,2 мкм с погрешностью 0,05 мкм); отношение высоты к ширине ступеньки превышает 30: 1; изменение угла наклона пучка к обрабатываемой поверхности позволяет управлять профилем ступеньки, а также получать канавки требуемой коцфгпурацнн.
При плазмо-химическом травлении КдлссифИКЛДИЯ МДТОДОВ 105 (ПХТ) ионы бомбардируют подложку перпендикулврно поверхности и энерппо приобретают в промехупсе между плазмой и обрабатываемой поверхностью, что ограничивает возможности анимпропного травления; методы ИЛТ и РИЛТ позволшот независимо упраюить составом пучка и энергией ионов. Поэтому появляются более широкие технолопсческие возможности: травление практически любых веществ, включая материалы, не дающие цри взаимодействии с ионами летучих соединений, изменение селективности травления, теплового и радиационного воздействия на подложку и др.; участие в процессах ИЛТ и РИЛТ только заряженных частиц позволяет их отрога контролировать и точно в о сир оизводзпь.
При ПХТ участвуют как заряженные частицы, так и нейтральные (радикалы, возбужденные атомы, быстрые нейтралы); ИЛТ и РИЛТ позволяют управлять в широких пределах ловерхностньпс зарядом на подловске за счет регулирования потока электронов, эмкпируемых катодом нейтрализации. Следовательно, можно иаюпочить влияние зарядов на хараксеристики приборов, а в некоторых случаях и улучшить их. При ПХТ потенциал на подлохке устанавливается автоматически независимо от оператора. К ограничениям методов ИЛТ и РИЛТ по сравнению с ПХТ следует отнести меньшую производительность и селективность процесса, большую слозкность высоковакуумных систем.
Травление пучками ионов инертньп газов используют для материалов, не образующих летучих химических соединений с ионами химически активных веществ: благородных мегвллов, алланов с никелем (например, пермющой), меди и других веществ. Сепекгивность травления при ИЛТ определяется различием коэффициентов распьшения материалов, которое может составлять 10: 1 или даже 20: 1. Например, при травлении ионами аргона с энергией 5 кэВ отношение скорости травления алюминия к скорости травления диоксида ювоминня составляет 23: 1, а скорости травления магния к скорости травления ананда магния 7; 1.
Однюсо для большинства материалов акорости ИЛТ примерно одинаковы. Резистнвные маски, через которые осуществляется обычно процесс травления в микроэлектронике, имеют скорости травления, примерно равные скоростям травления материалов, что ограничивает применение ИЛТ в производстве ИС. Метод ИЛТ применяют нри изготовлении запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах, сложной метал лизации ИС, коммутации гибридных схем и т.д. Некоторые структуры, полученные ионна-лучевым травлением, показаны на рис. 3.2.2. Минимальная ширина "дорохкн", полученная ИЛТ, состаюшет 0,3 мкм.
Рве. 2.3.2. Структуры, вевучеавме левее-вумвмм траввемвем юююв ЯОз Существенно большее применение в промьппленности нашел метод РИЛТ. Основное его преимущество по сравнению с ИЛГ состоит в селекгивном удалении одного слоя относкгельно другого. Выбором рабочих веществ можно управлять селективностью травления.
Применение фторсодерхащих соединений позволяет удалять пленки БЮз и Яз)ас со скоростью, в 5 раз большей скорости травления резистивных масок, что обеапечивает точный переноа размеров рисунка резиспвной маски на обрабатываемые слои. В то же время применение ионов кислорода позволяет удалять резист в 15 - 20 раз быстрее, чем пленки ЯОз и кремния. Пленки ЯОз травятся ионами хлвдонов Сзрз, СНРз с севвкппшостью (10 - 15): 1 по отношению к кремнию. Высокая селективность процесса РИЛТ позволяет исключить ряд технологических операций, например, при травлении разновысоких слоев диоксида кремния, системы БЮз - Язйс - ЯОь а лля ряда операций - зхвубливание фоторезиста, что особенно вахно при получении элементов а субмикронными размерами.
Структура пленки ЯС)з, полученная РИЛТ, показана на рис. 2.3.3. ".14.'. '„'' "' Рве. 2.3.3. Структура ввеввв бсгзз телыввеа 1 мвм аесве РИЛТ 106 Глава 2.3. ВОИНО-ЛУЧБВАЯ ОБРАБОТКА Применение РИЛТ решает не только технические, но и экологические проблемы. Одна установка РИЛТ экономит в год больше 1 т кислот особой чистоты (серная, азотная, плавиковая, ледяная уксусная, соляная и др.), а также свыше 10 тыс. мз денонизованной воды. Нанесение ивеивк.
Тонкие пленки различных материалов можно наносить на подложку, распыляя материал мишени пучком ионов инертных газов. Основные достоинства этого метода нанесения пленок по сравнению с ионноппазменным распьглением следующие: можно наносить пленки материалов сложного состава с сохранением компонентного состава мишени; рабочее давление в технологической камере ограничено лишь быстротой откачки вакуумной системы, а не условиями поддержания разряда, что характерно для ионноплазменных систем; отсутствуют электрические поля в области подножки, что особенно важно при нанесении диэлектрических пленок на подложки из проводящих материалов; возможно управление зарядами в осаждаемой диэлектрической пленке с помощью электронов, эмнпируемых катодом нейтрализации. Этот метод наиболее эффективен для нанесения пленок многокомпонентных материалов, различных диэлектриков, магнитных материалов.
Другой метод нанесения пленок состоит в осаждении материала непосредственно из пучка ионов. Рабочее вещество, например углеводород, подается в источник, нонизуется, образовавшиеся ионы ускорякпся до требуемой энергии и осаждаются на подложке, образуя алмазоподобную пленку. Поскольку ионы ускоряются электрическим полем внутри источника, то их энергия может легко варьироваться в широких пределах от десятков злектронвольт до нескольких килозлектронвольт, в то время квк в процессах распыления материалов энергия осаждаемых атомов состаюшет в среднем 5 - 15 эВ, а при испарении магерюлане превьппает обычно 0,2 зВ. Возможность управления энергией осаждаемых ионов позволяет измеюпь адгезию пленок к подложке, структуру и состав растущей пленки, а следовательно, и ее свойства.
Из пучка ионов можно осаждать не только алмазоподобные пленки, но таске и оксиды, нитрнты, карбиды, различныв металлы и полупроводники. з.з.з. тххнологичкских источники ионов ув = 10'АЯ~ь (2.3.1) где ур - скорость распыления материала, г/с; А - атомная масса материала, а.е.м.; Я - коэффициент распьшения материала, атомы/ион; )~ - сила тока ионного пучка, А При постоянной энергии ионов скоросп распыления вещесша зависит от силы тока пучка ионов и давления в вакуумной камере.
Закон Чайльда-Ленгмюра определяет максимальную плотность отбираемого из плазмы тока ионного пучка в зависимости от расстояния 1 между границей плазмы и ускоряющим электродом, а также разности потенциалов между ними У: 1 (2е У'( ся)(ю 12 (2.3.2) где е, щ - соопютственно заряд и масса иона Откачные системы серийного вакуумнотехнологического оборудования имеют эффективную быстроту откачки порядка 1 мз/с. Рабочее дюше нив в техно лопчческой камере должно быть не более 1О' Па, чтобы отсутствовали потери энергии ускоренных ионов и атомов распьвшемого вещества на столкновения с молекулами рабочего пюа.
Сила тока пучка ионов 1~ связана с рабочим давлением р (Па) и эффективной быстротой откачки 4> (мз/с) соотношением 4 = чбг)р50, Требования к техивюижчееяии ивпзюшявм ивнев. Источники ионов можно применять, если они обеспечивают заданную окорость массопереноса вещества, сравнимую с той, которая харюсгврна для традиционных технологических методов. Источники долины обеспечивать максимальный перенос вещества при использовании минимального газового потока, а ионы - осуществить максимальное воздействие, допускаемое обрабатываемым объектом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
