В. И. Смирнов (987304), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В камере предварительно создается вакуум, а затем в нее напускается67специальный газ. При определенном давлении возникает газовый разряд,в результате которого образуются ионы или нейтральные химически активныечастицы, которые, взаимодействуя с поверхностью, удаляют часть материала.Все многообразие ионно-плазменных методов разделяют на три группы:ионное, плазмохимическое и ионно-химическое травление. При ионном травлении для удаления поверхностного слоя материала используется кинетическаяэнергия бомбардирующих поверхность ионов инертных газов.
Иногда этотпроцесс называют физическим распылением поверхности. Ионы, бомбардирующие поверхность мишени (полупроводниковой пластины), передают поверхностным атомам свою кинетическую энергию, в результате чего поверхностные атомы выбиваются с поверхности. Скорость распыления при этом обычно невысока (0,1 − 1 нм/с) и зависит от массы ионов газа (обычно используютAr), энергии ионов, рода распыляемого материала, давления газав газоразрядной камере и других технологических параметров.Данный способ отличается высокой анизотропией: травление идет преимущественно в том направлении, в котором ионы бомбардируют поверхностьпластины.
Если травление осуществляется через маску, то размеры вытравленных областей практически совпадают с размерами окон в маске. Это существенное преимущество перед жидкостным травлением, в котором заметную рольиграет боковое подтравливание. Однако ионное травление практически не обладает избирательностью. Поэтому использовать его для локального травления(травление через маску) весьма затруднительно, поскольку наряду с пластинойбудет распыляться и маска, сформированная на поверхности методом фотолитографии. Поэтому ионное травление применяется в основном для очистки поверхности от загрязнений.Более универсальным является плазмохимическое травление.
В данномметоде газовый разряд возбуждается в химически активных газах, что приводитк образованию химически активных частиц (ионов и радикалов). Химическиактивные частицы, взаимодействуя с поверхностью, образуют летучие соединения, которые с помощью системы откачки удаляются из зоны реакции. В отличие от ионного травления данный метод отличается высокой избирательностью (селективностью) травления. Его можно применять для масок толщиной0,1 − 0,3 мкм, так как эффект физического распыления практически отсутствует(энергия ионов не превышает 100 эВ). Однако анизотропия травления значительно хуже, чем при ионном травлении.
Скорость травления примерно равна 2− 10 нм/с.Номенклатура используемых газов для плазмохимического травления довольно широка. Например, для травления кремния используют смеси фторсодержащих или хлорсодержащих газов с кислородом, водородом или азотом.Такие активные газы, как F2, Cl2 или Br2, использовать нельзя, так как они разрушают практически все конструкционные материалы в промышленных установках для плазмохимического травления. Рассмотрим в качестве примераплазмохимическое травление кремния четырехфтористым углеродом.68При столкновениях ускоренных электронов с нейтральными молекуламиCF4 возникает газовый разряд и образуются химически активные частицы F*и CF3*, а также ионы F − и CF3+ в соответствии с реакциями:CF4 + е - → CF3* + F* + е - ,CF4 + е - → CF3+ + F* + 2е - ,CF4 + е - → CF3* + F−.(3.31а)(3.31б)(3.31в)Экспериментально установлено, что преобладающей из всех трех реакций является реакция (3.31а).
Химически активные частицы F* и CF3* осаждаются на поверхность кремния, причем частицы CF3* могут диссоциировать собразованием F* и углерода, а могут и не диссоциировать. Образование углерода на поверхности является нежелательным побочным явлением, поскольку этоприводит к загрязнению поверхности кремниевой пластины.
Химически активные частицы F* взаимодействуют с кремнием:4F* + Si → SiF4.Образующиеся в результате этих реакций соединения SiF4 десорбируютсяи удаляются системой откачки. Параллельно с этим идет реакция4F* + С → СF4.Продукт реакции CF4 также десорбируется и удаляется.Существенную роль играет добавление в четырехфтористый углерод кислорода, молекулы которого в камере ионизируются и вступают во взаимодействие с поверхностью кремниевой пластины, окисляя ее. Как отмечалось выше,часть химически активных частиц CF3* не диссоциирует на частицы F* и углерод.
При воздействии CF3* на окисленную поверхность кремния присутствиекислорода препятствует образованию свободного углерода на поверхностиза счет образования летучих соединений СО и СО2. Наличие молекул кислородав газовой фазе при плазмохимическом травлении кремния еще в большей степени способствует очистке поверхности от следов углерода, увеличиваятем самым скорость травления.Наиболее широкие возможности открывает метод ионно-химическоготравления, называемый также реактивным ионным травлением.
В нем для удаления поверхностного слоя материала используется как кинетическая энергияионов химически активных газов, так и энергия их химических реакций с атомами или молекулами объекта травления. Обработка поверхности объекта вэтом случае ведется ионами химически активных газов с энергией до 500 эВ, атакже химически активными нейтральными атомами и радикалами. Скоростьтравления примерно равна 0,3 − 3 нм/с.При возникновении газового разряда в химически активном газе нарядус химически активными частицами образуются также ионы газа.
Как уже отмечалось выше, при анализе реакций (3.31) в газоразрядной плазме преобладаютхимически активные частицы. Их доля обычно составляет десятки процентов, адоля ионов не превышает единиц процентов. Поэтому основную роль при ион69но-химическом травлении играют нейтральные химически активные частицы,физическое распыление материала ионами играет второстепенную роль. Приэтом эффекты физического распыления и химического взаимодействия не аддитивны: физическое распыление активизирует химические реакции, а химические реакции, ослабляя связи поверхностных атомов, способствуют физическому распылению.Метод ионно-химического травления отличается высокой анизотропией,что позволяет обеспечивать высокое разрешение при осуществлении фотолитографии, и удовлетворительной селективностью, существенно превышающейаналогичный показатель для чисто ионного травления.В заключение проведем сравнительный анализ основных характеристикжидкостных и ионно-плазменных методов травления.
Сравнивать будем поскорости травления, анизотропии (отношение скоростей травления по нормалик поверхности и в тангенциальном направлении), а также селективности травления (отношение скоростей травления данного материала и материала фотомаски). Значения указанных характеристик приведены в таблице 3.1.Таблица 3.1Характеристики различных методов травленияМетод травленияАнизотропияСелективность~110…1000,1…1~ 1001…102…102…510…500,3…320…1005…20Vтр,нм/сЖидкостноетравлениеИонное травлениеПлазмохимическоетравлениеИонно-химическоетравлениеВ таблице не представлены значения скорости жидкостного травления,поскольку они могут изменяться в очень широком интервале в зависимости отиспользуемого травителя, материала объекта травления, технологических режимов и так далее.
Из таблицы 3.1 видно, что жидкостное травление обладаетминимальными свойствами анизотропии, то есть материал травится примерно содинаковой скоростью во всех направлениях (если не учитывать зависимостьскорости травления от кристаллографического направления). Максимальнаяанизотропия (а значит, и максимально возможная разрешающая способность)присуща ионному травлению, однако оно обладает слабой избирательностью(селективностью). По совокупности свойств наиболее предпочтительными являются методы плазмохимического и ионно-химического травления.Контрольные вопросы1. Что такое гомоэпитаксия, гетероэпитаксия и хемоэпитаксия?2. Какие задачи решает эпитаксия?3. В чем суть методов парофазной, жидкофазной и твердофазной эпитаксии?704.
В чем суть метода газофазной эпитаксии кремния?5. Как формируются эпитаксиальные слои кремния хлоридным и силановым методом?6. В чем суть молекулярно-лучевой эпитаксии?7. Что такое структура КНС? Как она формируется и в чем ее отличительные особенности?8. В чем суть метода термического окисления кремния?9. Объясните модель Дила-Гроува.10. Как влияют на скорость роста слоя SiO2 температура и давление газа-окислителя, кристаллографическая ориентация кремниевой пластины и концентрация примесей?11. В чем суть метода химического осаждения оксида кремния?12.
Как получают пленки из нитрида кремния и оксида алюминия?13. Что такое диффузия по вакансиям и по междоузлиям? В каком случае скорость диффузиивыше и почему?14. Объясните модель, описывающую процесс диффузии примесных атомов в кристалле.15. Объясните основные закономерности процессов диффузии.16. Что такое диффузия из ограниченного и неограниченного источников?17. Как рассчитать глубину залегания р-п-перехода при известных режимах технологического процесса?18.
Какие технологические факторы оказывают влияние на скорость диффузии примесей и вчем проявляется это влияние?19. В чем суть метода ионной имплантации примесей?20. Сформулируйте основные положения теории Линдхарда-Шарфа-Шиотта.21. Что такое эффект каналирования и как он влияет на профиль распределения имплантированных примесей в подложке?22. В чем суть метода ядерного легирования кремния?23. Объясните физику явлений в кремниевых структурах, происходящих под воздействиемлазерного излучения.24.
Объясните физику явлений в кремниевых структурах, стимулированных образованием вних радиационных дефектов.25. Что такое фотолитография, какие операции она в себя включает и для решения каких задач используется?26. Что такое позитивный и негативный фоторезисты? В чем причина их различной реакциина воздействие ультрафиолетового излучения?27.
Объясните суть методов рентгенолитографии, электронолитографии и ионно-лучевой литографии.28. Что такое голографическая литография и для решения каких задач она применяется?29. В чем суть жидкостных методов травления?30. Что такое ионное, плазмохимическое и ионно-химическое травление?714. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМТонкие пленки широко используются в полупроводниковых и гибридныхинтегральных микросхемах для создания проводящих дорожек и контактныхплощадок, резисторов, конденсаторов и так далее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
