17 Радикальное травление: область применения, типовые реакторы, зависимости скорости от внешних параметров процесса

Так как РТ обеспечивается только химической реакцией между активными частицами и атомами обрабатываемого материала, его основным недостатком является изотропность, то есть скорость травления по нормали к поверхности близка к скорости бокового подтравливания. На величину подтравливания оказывают влияние, в основном, три фактора: температура обрабатываемых подложек, площадь, подвергаемая травлению, и состав рабочего газа. Снижение рабочего давления позволяет добиться анизотропного радикального травления. Так, при давлениях меньше 1 Па может быть достигнут показатель анизотропии  8 - 12 и, соответственно, минимальный размер элементов 0.3-0.5 мкм. Таким образом, освоение области субмикронных размеров связано с созданием систем радикального травления, работающих при давлениях меньше 1 Па.

Радикальное травление представляет собой химическую реакцию взаимодействия атомов и радикалов, образующихся в условиях разряда, с материалом подложки. При этом обрабатываемый материал находится в зоне послесвечения, то есть отделен от плазмы перфорированным металлическим цилиндром, газовым промежутком или другим способом. Радикальному травлению подвергаются материалы, которые образуют стабильные летучие соединения с активными частицами и не требуют при этом активации реакции травления заряженными частицами или физического распыления их поверхности. РТ может осуществляться в реакторах с

- перфорированным цилиндром (а-г)

- возбуждение плазмы индукционным (а) и емкостным способами (б-г)

- ВЧ- (рис. а-б) или СВЧ- (рис. г) генераторы

- перфорированный цилиндр может быть заземлен (рис. г), служить ВЧ-электродом (рис. б,в) или находиться под плавающим потенциалом (рис. а)

- установки с вертикальным расположением оси реактора (рис. В

- реакторы с разделением реакционной и разрядной камер и кассетной загрузкой (рис. д,з)

Рис. Типичные конструкции реакторов для проведения процесса РТ: 1 – вакуумная камера, 2 – линия подачи газа, 3 – линия откачки, 4 – перфорированный цилиндр, 5 - обрабатываемые подложки, 6 – индуктор, 7 – конденсаторные обкладки, 8 – перфорированные электроды, 9 – система водяного охлаждения, 10 – вкладыш, 11 – дополнительные электроды, 12 – магнит, 13 – экран, 14 – регулируемый затвор, 15 – нагреватель

На изменение скорости РТ с удалением подложек от зоны плазмы влияют любые факторы, определяющие убыль потока ХАЧ при постоянных операционных параметрах: материал реактора, его размеры и температура стенок. Эти факторы определяют скорость гетерогенной рекомбинации ХАЧ на пути от зоны плазмы до обрабатываемой поверхности. Очевидно, что при данной величине l наибольшая скорость травления будет обеспечиваться теми ХАЧ, которые имеют наименьшую вероятность рекомбинации или наибольшее время жизни. Например, при разряде в смеси CF4+O2 возможно образование радикалов COF, которые имеют значительно большее время жизни, чем атомы фтора. Наличие максимума обусловлено снижением скорости генерации ХАЧ из-за уменьшения доли фторсодержащих молекул в исходной плазмообразующей смеси.

Увеличение мощности разряда при радикальном травлении увеличивает скорость травления вследствие возрастания скорости генерации ХАЧ в разрядной зоне и, следовательно, повышения их концентрации в реакционной зоне.

На зависимостях скорости РТ от давления газа обычно наблюдается максимум, обусловленный аналогичной зависимостью скорости генерации ХАЧ в разрядной зоне.

разрядами и разделением разрядной и реакционных камер диапазон рабочих давлений составляет 5 - 50 Па, а при использовании магнитного поля или СВЧ разрядов 0.1 - 1 Па. Давление является важным параметром, влияющим на равномерность и анизотропию радикального травления. С понижением рабочего давления увеличивается анизотропия, а следовательно, и разрешающая способность процесса. Это явление, как и при плазменном травлении, связано с увеличением длины свободного пробега и уменьшением рассеивания активных частиц вследствие столкновений. При этом уменьшается вероятность попадания активных частиц на боковые стенки подвергаемых травлению элементов, особенно если эти элементы небольшие. Возможно радикальное травление, при котором давление в реакционной и разрядной камерах различно. В этом случае играет роль не только значение давления, но и его перепад между камерами, который будет определять величину и скорость потока газа, доставляющего активные частицы к подложкам.

Скорость РТ при прочих одинаковых параметрах процесса сильно зависит от расхода (скорости потока) газа. При больших скоростях потока время пребывания газа в реакционной зоне становится малым, при этом возрастает доля ХАЧ, которые откачиваются не успев вступить в реакцию с материалом подложки.

Когда лимитирующей стадией РТ является доставка ХАЧ к поверхности, скорость процесса зависит от площади обрабатываемой поверхности, то есть проявляется загрузочный эффект.

По сравнению с плазменным и реактивным ионно-плазменным травлением, РТ обладает следующими преимуществами:

1. При РТ температура обрабатываемых подложек значительно ниже, поэтому может быть получена большая селективность травления различных материалов.

2. При некоторых режимах возможно РТ через незадубленные фоторезистивные маски. Хорошая стойкость фоторезиста при радикальном травлении позволяет использовать тонкие маски (0.1—0.3 мкм) и получать более высокое разрешение элементов микросхем.

3. Отсутствие ионной бомбардировки поверхности пластин исключает термические и радиационные повреждения кристаллических структур, а также и появление индуцированных зарядов на обработанной поверхности. Последнее особенно важно при производстве МДП структур.

Так как РТ обеспечивается только химической реакцией между активными частицами и атомами обрабатываемого материала, его основным недостатком является изотропность,