2.8.3. Механизмы анизотропии реактивного ионоого травления

Когда травление осуществляется в ходе ионно-стимулируемых реакций, как правило, наблюдается анизотропия скорости травления. Это связано с тем, что ионы падают на пластину перпендикулярно ее поверхности. Нормальное падение ионов происходит при реактивном травлении, если вертикальные размеры элементов топографии поверхности подвергаемой травлению пластины намного меньше толщины типичных ионных оболочек. Следовательно, на поверхность дна вытравливаемого элемента падает значительно больший поток ионов высокой энергии, чем на боковые стенки ( рис.2.32).

Рис. 2.32. Анизотропия травления при облучении ионным пучком, направленным перпендикулярно поверхности пластины.

Если реакция травления ионно-возбуждаемая, то боковое травление отсутствует, но в условиях ионно-ускоряемых реакций происходит некоторый боковой подтрав под маску, причем величина подтрава определяется скоростью протекания реакции. Для минимизации бокового травления в условиях ионно-ускоряемых реакций целесообразно вводить в рабочий газ добавки, обеспечивающие рекомбинацию активных компонент. Функция таких добавок заключается либо в связывании активных веществ на поверхности с образованием летучих соединений, либо в предотвращении образования пассивирующей пленки. Детали механизмов, ответственных за протекание этих процессов, до конца не выяснены. Однако предполагается, что ионная бомбардировка не только способствует повышению скорости реакции между травителем и подложкой, но также стимулирует десорбцию рекомбинационных компонент, понижая таким образом их концентрацию на облучаемых поверхностях. Таким образом, подбирая оптимальный состав рабочего газа, можно обеспечить такие условия протекания процесса, при которых скорость травления будет превышать скорость рекомбинации на облучаемых ионами поверхностях, и в то же время на боковых стенках, где облучение ионами минимально, будет реализовываться обратная ситуация (скорость рекомбинации выше скорости травления). Следовательно, степенью анизотропии травления можно управлять, регулируя состав рабочего газа.

На профиль края вытравливаемого элемента могут влиять также и другие факторы. Образование граней, возникновение канавок и повторное осаждение - три явления, проистекающие из физического распыления. Степень их проявления зависит от интенсивности распыления и ионного потока, поэтому часто их можно полностью подавить. Эти эффекты чаще проявляются при реактивном ионном травлении, нежели при плазменном травлении, вследствие более высокой энергии ионов первого процесса. Скорость ионно-плазменного травления зависит от угла падения ионов на поверхность материала, подвергаемого травлению, и для большинства материалов максимальна, когда этот угол отличен от 90°. Образующаяся грань наклонена по отношению к падающим ионам на угол, соответствующий максимальной скорости травления. Эта грань не оказывает влияния на профиль края вытравливаемого элемента до тех пор, пока не пересечет поверхность подложки. Образование канавок происходит главным образом в результате падения мощного потока ионов на основание ступеньки вследствие их отражения от боковой стенки ступеньки. Скорость травления, обусловливаемая как физическим распылением, так и ионно-стимулируемыми реакциями, повышается в местах расположения канавок, так как эти участки подвергаются воздействию более мощных ионных потоков.

Распыленный материал, не вошедший в состав летучих соединений, конденсируется на любой близлежащей поверхности. Распыленный материал распределяется в пространстве приблизительно по косинусоидальному закону, и поэтому значительная его часть может повторно осаждаться на стенках близлежащих элементов маски, что приводит к изменению профиля краев и размеров вытравливаемых элементов. Повторное осаждение обычно не наблюдается при плазменном травлении, поскольку в этом процессе его можно избежать, подбирая состав рабочего газа, параметры плазмы и маскирующие материалы так, чтобы происходило образование только летучих продуктов реакций.