2.4.2. Газовое травление полупроводниковых подложек. Пример

При газовом травлении, совмещаемом, с операциями окис­ления или эпитаксии, обеспечивается максимальная чистота поверхности пластин. Этот процесс называют также газовой полировкой.Загрязнения удаляются вместе с поверхностным слоем материала пластин, что улучшает структуру полученной поверхности.

В качестве газов-реагентов для травления кремниевых плас­тин применяют галогены (F₂, Сl₂, Вr₂), галогеноводороды (HBr,HF,HCl,Hl), пары воды, соединения серы (H₂S,SF₆), которые добавляют в небольших количествах (1-5 %) к газу-носителю (водороду, аргону или гелию). Обработку пластин выполняют в диапазоне температур от 850 до 1250 °С.

В промышленной технологии преимущественно применяют предэпитаксиальное газовое травление поверхности кремниевых пластин в безводном хлористом водороде, сопровождаемое реакцией

Si+ 4НСlSiCl₄+ 2H₂

При содержании 2 % HClв водороде скорость полировки при 1200 °С составляет ~1 мкм/мин. При снижении температуры и повышении концентрации хлористого водорода полирующее травление может перейти в селективное, и поверхность покроется ямками травления.

Сухую очистку, основанную на химическом взаимодействии газовой среды и металлических ионов загрязнений, выполняют также в галoгeносодержащих средах (1-25 % НСl, трихлорэтилена, хлористого нитрозила в газе-носителе) при 500-1300 °С в реакционной камере перед окислением, диффузией или эпитаксией. Очистка состоит из распада молекул галогенных соеди­нений, взаимодействия продуктов распада с ионами металлов и образования летучих соединений, которые легко удаляются газо­вым потоком.

Газовое травление и сухую химическую очистку выполняют в эпитаксиальном реакторе или диффузионной печи.

4.4.2. ИОННО-ПЛАЗМЕННОЕ И ИОННО-ЛУЧЕВОЕ ТРАВЛЕНИЕПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Эти виды травления поверхности полупроводниковых плас­тин, используемые в технологическом процессе изготовления ИМС после операций фотолитографии для создания рельефа (формирования канавок, углублений, меза-областей, меток для проекционной фотолитографии), относятся к классу анизотроп­ного травления. Коэффициент его анизотропности (отношение скорости травления материала по нормали к поверхности к ско­рости бокового травления) может быть от 10 до 100, что значи­тельно больше, чем для жидкостного травления. Кроме того, при ионно-плазменном травлении повышается воспроизводи­мость глубины вытравленных областей по пластине (± 2 %) и в партии пластин (± 5 %), а из-за небольшого бокового подтрава можно уменьшать зазоры между элементами ИМС и увеличивать степень интеграции.

Преимуществами ионно-плазменноготравления являются незначительная зависимость травления от адгезии защитной маски к пластине, отсутствие операции промывки и сушки и низкая стоимость, а его недостатками — возможность радиационного повреждения поверхности полупроводниковых плас­тин под действием бомбардировки ионами и электронами и невысокая селективность (соотношение скоростей травления маски и поверхности пластины), в результате чего при травлении можно одновременно снять и маскирующий слой.

Ионно-плазменноетравление основано на использовании низкотемпературнойгазовой плазмыв качестве источника частиц для обработки полупроводниковых пластин. Такая плаз­ма представляет собой слабо ионизированный газ, состоящий из смеси стабильных и возбужденных атомов и молекул (ради­калов), электронов, положительно и отрицательно заряженных ионов, и образуется при внешнем энергетическом воздействии на газообразное вещество различного рода разрядов в сильных постоянных и переменных электрических полях и постоянных магнитных полях. Магнитное поле обеспечивает удержание плаз­мы в заданном пространстве, увеличивает длину пути движения электронов и повышает степень ионизации газа. При диссоциа­ции молекул образуются химически активные продукты — ра­дикалы, вступающие в химические реакции с обрабатываемым полупроводниковым материалом.

Ионно-плазменное и ионно-лучевое травление разделяют по природе взаимодействия энергетических частиц плазмы с материалами (физическое или химическое взаимодействие) и способу его осуществления (ионное или плазменное).Физичес­кое взаимодействие характеризуется обменом энергией и им­пульсом при упругом столкновении ионов газа и атомов обра­батываемого материала, что приводит к распылению его по­верхности. Энергетические частицы должны иметь энергию, превышающую энергию связи атомов материала обрабатываемых пластин. Химическое взаимодействие определяется обменом электронами между частицами газа и атомами обрабатываемого материала и приводит к его химическим превращениям. При достаточно низких температурах образуются летучие соедине­ния, которые легко удаляются из камеры откачкой.

Если полупроводниковые пластины находятся в плазме или в непосредственной близости от нее и обрабатываются всем набором ее частиц (возбужденные атомы и молекулы, положи­тельно и отрицательно заряженные ионы, электроны), а также ультрафиолетовым и тепловым облучением из плазмы, трав­ление называют плазменным;если пластины находятся вне плаз­мы и обрабатываются только ионами, отбираемыми из нее, —ионным.Природа основных "рабочих" частиц плазмы или энер­гетических ионов определяет соответственно для обоих спосо­бов физический или химический характер их взаимодействия с обрабатываемой поверхностью.

В полупроводниковой промышленности для очистки и создания рельефа на поверхности пластин преимущественно применяют плазмохимическое травление (ПХТ).

В качестве рабочих веществ при обработке используют инертные (Аr) и галогеносодержащие (CF₄, ССl₄,SF₆и др.) газы, а также кислород и водород.

Скорость ионно- и плазменно-химических процессов зависит от концентрации реагентов, свойств, температуры и площади поверхности обрабатываемого материала и параметров газораз­рядной плазмы.