3.3.2 Ионно-плазменное травление

Различают два вида ионно-плазменного травления: 1) собственно ионно-плазменное и 2) ионно-лучевое. В первом случае обрабатываемая подложка или ее держатель являются (в той или иной мере) элементами плазменного реактора и участвуют в ионизации рабочего газа; во втором обработка подложек происходит потоком ионов (или нейтральных частиц), образованных в автономном источнике.

В обоих процессах травление подложки происходит за счет бомбардировки ее поверхности положительными ионами инертных газов, доставляемых посредством дрейфа в электрическом или электромагнитном поле из тлеющего разряда. Разряд зажигается между анодом и катодом при давлении инертного газа 0,133 - 6,67 Па. Наличие специального анода необязательно, поскольку его роль могут играть заземленные части установки. Энергия ионов должна превышать энергию связи атомов обрабатываемого вещества (для SiO₂, например, 60 эВ). Удаляемые слои, как правило, имеют высокое сопротивление (диэлектрики или полупроводники), поэтому для исключения зарядки поверхности используют высокочастотный (ВЧ) разряд. Управление скоростью обработки обычно достигается изменением подводимой ВЧ-мощности.

Происходит ионно-плазменное травление при невысокой температуре (100 – 200 ºС) и применимо для обработки практически любых материалов, в частности, для травления многослойных (например, подложка – резист) структур, «несовместимых» с точки зрения жидкостной или термохимической обработки. Если ионы поступают перпендикулярно поверхности катода, то не происходит бокового подтравливания при создании локальных углублений, что весьма важно для получения рисунка слоев в процессах фотолитографии. Один из основных недостатков ионно-плазменного травления – низкая селективность: так, например, в процессе стравливания слоя SiO₂ вместе с ним может быть удален и приповерхностный слой кремния.

3.3.2 Плазмохимическое травление

Метод плазмохимического травления основан на использовании газов, в состав которых входят реакционноспособные компоненты. В результате расщепления газов в плазме образуются вещества, способные вступать в химические реакции с подвергаемым травлению материалом с образованием летучих соединений.

П римером может служить травление кремния в тетрафтороуглероде CF₄ (см. рис. 3.2). Будучи относительно инертным газом, CF₄ не взаимодействует с Si при любых температурах вплоть до точки плавления последнего (1412 ºС). Однако при возбуждении газового разряда в CF₄ одним из продуктов разряда является атомарный фтор, вступающий в реакцию с Si при комнатной температуре с образованием летучего соединения SiF₄.

Рисунок 3.2 - Схема установки для плазмохимического травления:

1 – ввод ВЧ-напряжения; 2 – нижний электрод – держатель подложек;

3 – подложки; 4 – плазма; 5 – цилиндр из диэлектрического материала;

6 – рабочий газ; 7 – к насосу

Давление в рабочей камере чаще всего варьируется от 13,3 до 1330 Па, частота подаваемого напряжения составляет несколько мегагерц.

Методы ионно-плазменного и плазмохимического травления зачастую объединяют под одним названием: плазмохимические. Промежуточные (совмещенные) модификации ионно-плазменного и плазмохимического методов, основанные и на химических реакциях, и на ионной бомбардировке обрабатываемой поверхности, называют также реакционными ионно-плазменными [7, 11, 12]. В частности, для повышения селективности плазменного травления в инертную плазмообразующую среду добавляют примерно 10 % кислорода или водорода. При этом скорость травления органических веществ (например, фоторезиста) возрастает, а неорганических - падает, поскольку к чисто физическому по своей природе ионному травлению добавится химический процесс.