Более подробно здесь и далее см. технологию ППП)

Ионно-плазменные технологические процессы.

Материалы для получения ионов.

Рабочее вещество может быть в газообразном, твердом и жидком состоянии. Для получения ионов O,N,Ne,Ar,F,Cl используют соответствующий газ, для ионов бора – газообразное соединение BF₃. Из углекислого газа СО₂ получают ионы углерода, а из Н₂S – серы.

Ионы можно получать и из веществ, находящихся в жидкой фазе – BCl₃, BBr₃, PCl₃ CCl₄, SiCl₄

Наибольший ток ионного пучка достигается при применении твердых материалов в элементарном состоянии (S, P, As, Se, Te, Zn). Однако их использование требует нагрева до высокой температуры для получения необходимого давления паров.

При создании ИМС субмикронного диапазона методы химического травления неорганических и органических материалов становятся неприемлемыми вследствие бокового растравливания материала и загрязнения поверхности подложки продуктами реакций. В настоящее время для этих целей активно используются плазмохимические и ионно-плазменные методы, которые заключаются в контролируемом удалении материала с поверхности твердого тела под воздействием низкотемпературной плазмы.

Различают плазмохимическое травление – процесс, при котором удалении е поверхностных слоев материала происходит в результате протекания химических реакций активных частиц, сопровождающихся образованием летучих продуктов реакций. Если подложка помещена непосредственно в зону активной плазмы, то в этом процессе участвуют все типы частиц, содержащихся в плазме – атомы, ионы, радикалы. Процесс может дополнительно стимулироваться нагреванием вещества и ионной бомбардировкой.

Если подложка помещена в зону послесвечения (вне области плазмы), то основными активными частицами являются радикалы – радикальное травление.

Ионное травление – удаление материала происходит только в результате физического распыления химически неактивными ионами плазмы.

Существуют две разновидности процесса – ионно-плазменное травление, при котором поток ионов характеризуется разбросом энергий, и ионно-лучевое травление моноэнергетическим пучком. В первом случае мишень расположена непосредственно в зоне воздействия плазмы. При ионно-лучевом травлении подложки расположены вне зоны активной плазмы, которая выполняет роль только источника ионов. Далее ионный пучок в вакууме двигается к подложке, и происходит воздействие. Следует отметить, что в этом случае существенно повышается чистота процесса, так как он происходит в условиях высокого вакуума. Для проведения ионно-лучевого травления могут использоваться ускорительные установки.

Реактивное, или ионно-химическое травление – сочетание физического распыления материала и химических реакций. При этом все частицы плазмы делятся на химически активные, участвующие в протекании химических реакций, и энергетически активные, которые воздействуют на поверхность как химически инертные. В этом случае обрабатываемые подложки вынесены из зоны активной плазмы, находятся в вакууме и подвергаются воздействию пучка ускоренных ионов химически активных газов.

В случае катодного распыления происходит столкновение падающего иона с атомом мишени, результат которого зависит от энергии иона. При химическом травлении в результате химической реакции ионов газа и атомов распыляемого вещества на поверхности подложки образуется химическое соединение. Величина энергии иона при этом существенного значения не имеет.

Количественно процесс катодного распыления описывается коэффициентом распыления К, равным количеству атомов, выбитых с поверхности мишени одной частицей:

К = к (m_im_a / l (m_i + m_a))E_i,

где к – коэффициент, определяемый экспериментально и зависящий от мишени, m_a,i – масса атома мишени и иона, l - длина свободного пробега иона, E_i - энергия иона.

Как правило, в камерах ионно-плазменного распыления давление поддерживается равным 1,33 Па, напряжение около 10 кВ, расстояние между катодом и анодом - 1 – 15 см.

Распыление при низком давлении имеет ряд преимуществ: улучшается чистота пленки, ее адгезия к поверхности, однако возникают сложности с поддержанием разряда в низком вакууме.

Скорость ионно-плазменного распыления описывается выражением:

V=(CIU)/(pd),

где I, U – ионный ток и напряжение разряда, р – давление газа, d – расстояние между мишенью и подложкой, С - константа.

Как правило, распыление ведут при максимальном токе пучка и при определенном расстоянии между мишенью и подложкой, которое обычно в два раза больше темного катодного пространства.

Для повышения скорости распыления в условиях высокого вакуума применяют метод магнетронного распыления (используется участок аномального тлеющего разряда).

В основе этого метода лежит эмиссия электронов из мишени за счет ее ионной бомбардировки. Под действием приложенного электрического поля эмиттированные электроны движутся по сложной траектории, многократно ионизуют плазму, что приводит к росту плотности ионного тока.

Большая скорость распыления достигается за счет увеличения плотности ионного тока из-за локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени с помощью сильного магнитного поля.

В последнее время для этих целей используют импульсные плазменные ускорители. В них плазма создается в парах распыляемого материала, испаряемого и ионизируемого при любом типе разряда, например, дуговом. Испарение материала протекает по взрывному механизму за время около 10^-5 с.

Процесс плазменного травления характеризуется следующими параметрами.

Скорость удаления материала ( нм/мин) – от нескольких минут до часа.

Анизотропия – это фактор, характеризующий искажения изображения при переносе его с маски на подложку за счет бокового подтравливания. Обычно ее определяют как отношение скорости травления материала по нормали и по касательной к поверхности, или как отношение глубины травления к боковому подтравливанию.

Разрешающая способность – максимально возможное число линий рисунка, перенесенного на 1 мм подложки без искажения.

Селективность травления – отношение скоростей травления основного материала и резистивной маски.

Процессы травления происходят в газовой среде. При ионном травлении используются инертные газы. Для активного травления кремния применяются фторосодержащие углеродные галогенсодержащие соединения – хладоны или фреоны (СHFCl). Для травления металлических покрытий – хлоросодержащие газы.

Одним из лавных условий протекания плазмохимического травления является образование летучих компонентов реакций, которые удаляются счет откачки. В противном случае реакция травления прекращается, так как на поверхности формируется твердый слой химически неактивного вещества.

Для описания процесса взаимодействия химически активных частиц плазмы с поверхностью пластин используется адсорбционно-десорбционная модель. Поверхность материала представляет из себя совокупность активных центров, адсорбирующих частицы плазмы. Далее происходит химическая реакция и последующая десорбция продуктов с поверхности.

Воздействие энергетически активных частиц связано с их энергией, которая должна превышать энергию связи атомов на поверхности. Для этого используется внешний источник электрического поля, увеличивающий энергию ионов плазмы.

Процесс травления протекает в реакторах, которые изготавливаются из кварца. Плазма создается в тлеющем разряде за счет приложения определенного напряжения между электродами, вынесенными за пределы разрядной камеры. Подложки размещаются перпендикулярно потоку частиц.

Для повышения однородности свойств плазмы в реакторе применяется магнитное поле.

Дата добавления: 2014-01-04