16. Плазменное травление: область применения, типовые реакторы, зависимости скорости от внешних параметров процесса.

При производстве ИМС с субмикронными размерами элементов ПТ может быть применено только для формирования топологии в пленках толщиной более 0.5 мкм. Это обусловлено значительным подтравливанием под маскирующий слой, при этом величина подтравливания в некоторых случаях равна глубине травления. При ПТ показатель анизотропии обычно не превышает 2 - 4, что ограничивает предельное разрешение процесса на уровне 1.0—0.7 мкм. При требовании прецизионного травления плазменное травление может быть применимо, пока отношение ширины линии к толщине слоя превышает 5:1.

В настоящее время при изготовлении ИМС и полупроводниковых приборов ПТ применяется для многих материалов, к числу которых в первую очередь относятся кремний и его соединения, молибден, титан, тантал, вольфрам и др.

Типовые реакторы

Типичные схемы реакторов плазменного травления: 1 – вакуумная камера, 2 – линия напуска газа, 3 – линия откачки, 4 – обрабатываемые подложки, 5 – индуктор, 6 – конденсаторные обкладки, 7 – магнит, 8 – нагреватель

Генерацию энергетически и химически активных частиц для осуществления плазменного травления производят в реакторах, которые в зависимости от вида конкретного процесса должны удовлетворять определенным требованиям. В первую очередь, должны обеспечиваться заданные скорость и равномерность процесса при приемлемых мощности разряда и расходе рабочего газа. Таким требованиям удовлетворяют реакторы с объемным расположением подложек в плазме и реакторы диодного типа, в которых подложки размещают на плоских электродах.

- Плазма в реакторах возбуждается либо индуктором (а) – (е), либо с помощью обкладок конденсатора (ж) – (к), либо совместно индуктором и обкладками конденсатора (л). Во всех случаях электроды вынесены за пределы реакционно-разрядной камеры, что обеспечивает отсутствие взаимодействия плазмы с их материалом и, следовательно, чистоту процессов плазменного травления. Наиболее простая конструкция реактора представлена на рис. а, однако в такой системе наблюдается изменение концентрации активных частиц, а следовательно, и скорости травления по длине реактора, обусловленное протеканием вдоль него газового потока. Кроме того, из-за расположения подложек перпендикулярно потоку происходит их взаимная экранировка. В таком реакторе газ подается и откачивается через фланцы, что усложняет операции загрузки и выгрузки пластин.

Основными рабочими параметрами, определяющими характеристики процесса плазменного травления, являются: мощность, вкладываемая в разряд, рабочее давление, расход газа и способ его подвода к обрабатываемой поверхности, температура подложек, состав используемого газа. Зависимости скорости плазмохимического травления от мощности разряда в основном растущие, хотя в ряде случаев наблюдалось насыщение или максимум. Участок роста обусловлен ростом скорости генерации ХАЧ при увеличении температуры и концентрации электронов в плазме.

Характер влияния давления газа на скорость ПТ является более сложным. В области низких давлений, когда средняя энергия электронов много больше пороговой энергии диссоциации молекул плазмообразующего газа, дальнейшее понижение давления и рост Т ^e не приводят к заметному росту константы скорости диссоциации. В то же время концентрации исходных молекул и электронов снижаются, что вызывает снижение скорости генерации ХАЧ, плотности их потока на поверхности и скорости ПТ. В области высоких давлений дальнейшее повышение давления и снижение средней энергии электронов приводят к снижению скорости генерации ХАЧ за счет резкого падения константы скорости диссоциации. Таким образом, зависимость скорости ПТ от давления имеет максимум, причем при одинаковой удельной мощности разряда этот максимум сдвинут в область меньших давлений в системах с емкостным возбуждением плазмы по отношению к системам с индуктивным возбуждением.

Увеличение расхода рабочего газа приводит к возрастанию абсолютного значения скорости плазменного травления материалов. Этот эффект связан с увеличением концентрации активных частиц в плазме в результате быстрой смены обедненного реагента свежим газом и ускорением доставки активных частиц к обрабатываемой поверхности.

Наличие эффекта увеличения скорости травления при подаче на обрабатываемый материал смещения как отрицательной, так и положительной полярности свидетельствует о том, что процесс ПТ одинаково эффективно активируется как ионной, так и электронной бомбардировкой.

Влияние поперечного магнитного поля связано с изменением траектории движения электрона (закручивания в спираль) и увеличением частоты столкновений, приводящих к образованию ХАЧ.

При больших значениях индукции наступает насыщение из-за ограниченности числа молекул рабочего газа. Важным фактором, влияющим на равномерность ПТ, является распределение плотности плазмы по объему реактора, которое определяет равномерность генерации химически активных частиц.