7. Направленность процессов пхт и ихт

Направленность - анизотропность процесса травления - может быть определена как отношение глубины травления к размерам подт­равливания под маску, через которую травится структура, или отно­шение скоростей травления материала в направлениях перпендикуляр­ном и параллельном поверхности. Для получения структур травления с размерами порядка микрона и менее при глубине травления того же порядка требуется высокая анизотропность процесса травления.

Если основными реактивными частицами плазмы, осуществляющими процесс травления, являются реакционноспособные радикалы, достиг­нуть высокой анизотропии травления, как правило, не удается. Вы­сокое давление газа, отсутствие направленности движения радикалов по отношению к обрабатываемому материалу исключают возможность достижения анизотропии травления при ПХТ в объемных системах. Движение радикалов к поверхности в этом случае носит характер диффузионного из-за многочисленных столкновений в плазме.

В идеале желательно иметь профиль травления структуры с вер­тикальными стенками. Практически реализуется профиль, в котором стенки вытравленной структуры имеют наклон относительно вертикали к поверхности. Происходит растравливание структуры, в результате которого ее размер отличается от размера, задаваемого маской. Эта вероятность определяется соотношением между длиной свободного пробега радикалов в плазме  и размерами окна маски. В случае, если <l, направленность движения полностью отсутствует. При сни­жении давления уменьшается различие между  и l и возрастает нап­равленность воздействия радикалов на материал.

В процессе взаимодействия на поверхности образуются летучие продукты реакции, поток которых направлен от поверхности. Движе­ние образовавшихся продуктов реакции также носит диффузный харак­тер. В установившемся состоянии скорость диффузии оказывается равной скорости травления материала. Получаемый в результате про­филь травления определяется параметрами, характеризующими потоки травящих частиц и летучих продуктов реакции.

Анизотропность травления в процессах ПХТ определяется в пер­вую очередь сопутствующей процессу ионной бомбардировкой. Задан­ной анизотропности травления можно достигнуть только при реактив­ном ионно-плазменном травлении. Направленное движение ускоренных ионов в процессах ИХТ дает высокую анизотропность травления.

8. Зависимость скорости травления от параметров процессов пхт и ихт

Скорость химической реакции в процессах ПХТ и ИХТ зависит, как и в любой другой реакции, от концентрации реагентов т.е. концентраций химически активных частиц плазмы и активных центров на обрабатываемой поверхности. Изменение параметров ПХТ и ИХТ, меняющих эти концентрации, влияет на скорость травления материалов. Основными параметрами, влияющими на протекание процесса ПХТ, являются: мощность, вкладываемая в электрический разряд, создающий плазму; давление рабочего газа; скорость подачи рабочего газа; температура подложки в процессе обработки; число одновременно обрабатываемых подложек или суммарная обрабатываемая площадь; интенсивность сопутствующей ионной бомбардировки.

Вкладываемая в электрический разряд мощность определяет электронную температуру плазмы, от которой, в свою очередь, зависит концентрация и компонентный состав реактивных частиц плазмы. С увеличением мощности происходит увеличение концентрации химически активных частиц плазмы, образующихся в результате диссоциации молекул рабочего вещества при электронном ударе.

Как правило, скорость ПХТ материалов возрастает с увеличением мощности. Наблюдается практически линейная зависимость увеличения скорости травления с увеличением мощности. Эта зависимость должна иметь насыщение, определяемое полным использованием реактивных частиц плазмы в реакции на поверхности и ограниченностью возможностью их в разряде.

Ограничение мощности, вкладываемой в разряд, связано с сохранением свойств фоторезистивной маски на поверхности при создании рисунка травления. Процессы ПХТ и ИХТ характеризуются значительно большими скоростями травления материалов по сравнению с физическим распылением при тех же относительно низких уровнях мощности обработки.

С увеличением давления скорости травления материалов растут, достигают максимума, а затем уменьшаются. Наблюдаемая закономерность может быть объяснена тем, что активные частицы, образовавшиеся при диссоциации молекул рабочего вещества, расходуются в химических реакциях с материалами, а также в реакциях рекомбинации в исходные молекулы в объеме и на стенках рабочей камеры. С ростом давления растет число активных частиц, образующихся в разряде. Одновременно усиливаются рекомбинационные процессы, в результате которых относительная концентрация частиц, достигающих поверхности травления, уменьшается. Увеличение давления ведет к уменьшению энергии электронов в разряде и уменьшению выхода реактивных частиц в результате диссоциации. Ход зависимости характеризует результирующий процесс, отражающий баланс изменения с давлением факторов, определяющих увеличение и гибель химически активных частиц плазмы.

Скорость ПХТ материалов быстро увеличивается с ростом скорости подачи или расхода газа. Она достигает максимума, а затем уменьшается при дальнейшем увеличении расхода газа. Малая скорость травления при малых расходах газа определяется недостаточным числом образующихся в разряде химически активных частиц из-за недостатка исходного вещества. Падение скорости при больших потоках можно объяснить тем, что активные частицы плазмы откачиваются быстрей, чем успевают взаимодействовать с обрабатываемым материалом.

ПХТ и ИХТ – процессы, основу которых составляют химические реакции на поверхности обрабатываемого материала, скорость протекания которых зависит от температуры.

В зависимости от ВЧ мощности, вкладываемой в разряд, или от мощности ионной обработки в процессе травления происходит разогрев обрабатываемого материала. Изменение температуры определяют зависимость скорости ПХТ и ИХТ от длительности обработки. Важную роль в установлении температурного режима подложки играют условия теплоотвода с поверхности обрабатываемого материала.

Увеличение температуры в процессах ПХТ и ИХТ связано главным образом с излучением из плазмы, электронной и ионной бомбардировкой, выделением тепла при химических реакциях травления. Эти реакции, как правило, высоко экзотермичны. В зависимости от способа обработки ответственным за повышение температуры является тот или иной источник нагрева подложки. Скорость травления в установившемся температурном режиме может в три-четыре раза превышать начальную скорость травления.

Эффект загрузки свойственен только процессам ПХТ, в которых обрабатываемый материал непосредственно контактирует с плазмой химически активных газов. При ИХТ химически активные ионы двигаются к подложке строго направленно, зона взаимодействия ограничена размерами ионного пучка, бомбардирующего поверхность. Ион взаимодействует с материалом в точке падения, поэтому скорости ИХТ материалов не зависят от размеров обрабатываемой площади, а зависят от –плотности тока ионов, поступающих на поверхность.

Можно выделить две характерные области в зависимости скорости ПХТ от площади обрабатываемого материала. При малой загрузке скорость травления меняется мало или не меняется с увеличением обрабатываемой площади. В этой области изменения площади обрабатываемого материала лимитирующей стадией процесса ПХТ становится сама химическая реакция на поверхности, в то время как концентрация химически активных частиц в плазме достаточна для обеспечения максимальной скорости протекания этой реакции. Во второй области реактивных частиц плазмы уже не хватает для обеспечения нормального протекания реакции травления на поверхности обрабатываемого материала. Для различных материалов переход от одной области к другой происходит при различных значениях обрабатываемой площади.

Направлением дальнейшего развития метода ПХТ является переход от ВЧ к СВЧ возбуждению разряда, генерирующего химически активные частицы плазмы. Преимущество микроволнового возбуждения на частотах 2,45 ГГц заключается в более стабильном горении разряда, более низком в сравнении с ВЧ возбуждением рабочем давлении, равномерном распределении в зоне обработки подложек концентрации химически активных частиц плазмы.