2.4.3. Плазмохимическое травление полупроводниковых пластин

При плазмохимическом травлении поверхности полупровод­никовых пластин обрабатываются химически активными ато­мами или радикалами, поступающими из высокочастотной газоразрядной плазмы в пять этапов:

доставка молекул активного газа в зону разряда;

превращение этих молекул в активные радикалы под воз­действием электронов в плазме разряда;

доставка радикалов к поверхности материала, подвергае­мого травлению;

взаимодействие радикалов с поверхностью материала (ад­сорбция, химические реакции и десорбция);

отвод продуктов реакции из рабочей камеры.

Наиболее сложно протекает четвертый этап процесса.

Для ПХТ кремния используют газовые смеси соединений углерода и серы с галогенами (CF₄, ССl₄,SF₆,C₂F₆ ,CCl₃Fи др.) и кислорода или азота. Последние служат для разбавления, обеспечения селективности и анизотропности травления. При использовании смеси фреона-14 (CF₄) с 2-8 % кислорода под действием высокочастотного электрического поля происходит диссоциация фреона-14:

CF₄ F*+CF^*₃ +e,

где F* - возбужденный атом фтора;CF^*₃- положительно заря­женный радикал; е - электрон. Атом фтора взаимодействует с кремнием, образуя летучее соединениеSiCF₄, которое легко уда­ляется из рабочей камеры:

Si+ 4F*SiF₄ 

При введении в газовую смесь кислорода резко увеличивает­ся скорость плазмохимического травления благодаря образова­нию радикалов COF*, которые диссоциируют

COF*F* +CO

и повышают концентрацию возбужденных атомов фтора.

Для плазмохимического травления арсенида галлия исполь­зуют смеси ССl₄+ О₂или ССl₄, СHСl₃с газами-носителями.

2.4.4. Оборудование, технологические приемы и контроль качества плазмохимического травления

Плазмохимическую обработку пластин кремния и арсенида галлия выполняют в установке 08ПХО-100Т-004 (рис.1.25), имеющей реакционную камеру 4 с двумя параллельными элект­родами, один из которых (нижний 5) служит подложкодержателем для обрабатываемых пластин. Подложкодержатель изго­товляют из алюминиевого сплава, покрываемого слоем оксида алюминия для уменьшения распыления его поверхности. Реак­ционную камеру выполняют из нержавеющей стали. Распыление материала подложкодержателя и стенок реакционной камеры может влиять на процесс травления полупроводниковых пластин и приводить к загрязнению их поверхности, поэтому над загрузочным окном камеры расположена местная вытяжная система.

Рис. 2.19. Установка для плазмохимического травления 08ПХО-100Т­-004:

1 - блок ВЧ-генератора, 2 - панель управ­ления, 3 - высоковольтный

блок, 4 - реакционная камера, 5 - подложкодержатель (нижний элект­род) ,

6 - станина.

Установка имеет панель управления 2 с газораспределитель­ными устройствами и высоковольтный блок 3. Высокочастот­ный генератор установлен в отдельном блоке 1. В станине 6 раз­мещены вакуумная система с механическим насосом, азотная ловушка для вымораживания паров воды, привод подложкодержателя и система его водяного охлаждения.

В реакторе ВЧ-полем возбуждается газоразрядная плазма между двумя параллельными электродами 1 и 3, расположенными на расстоянии 15 или 40мм друг от друга. Плас­тины 2 при обработке находятся в области газового разряда (рис.1.26).

Рис. 2.20. Схема реактора для плазмохимическо­го травления с парал­лельными электродами: 1,3- верхний и ниж­ний электроды, 2 - об­рабатываемые пласти­ны

Установка обеспечивает работу в автоматическом режиме по заданному технологическому циклу в соответствии с прог­раммой и имеет автозагрузочное устройство и систему шагового поворота подложкодержателя с углублениями для размещения обрабатываемых пластин.

Перед началом плазмохимического травления в новой уста­новке или после ремонта действующей производят откачку реакционной камеры до давления 10^-1Па и очистку подложкодержателя и камеры в плазме аргона или азота. Проверяют работу установки в автоматическом цикле, для чего устанавли­вают кассеты в устройство загрузки. После разгерметизации камеры загружают автоукладчиком обрабатываемые пластины рабочей стороной вверх на подложкодержатель (25 пластин диаметром 76 мм или 16 пластин диаметром 100 мм). Для выполнения селективного травления пластины предварительно защищают фоторезистивной маской. Травление кремниевых пластин осуществляют в газовой плазме фреона-14 (CF₄) или фреона-218 (С₃F₈) с кислородом, образующейся после откачки до давления ~ 6 Па, напуска реакционных газов и включения ВЧ-генератора, рабочая частота которого составляет ~ 5 МГц. Для равномерности травления подложкодержатель вращают с частотой ~ 0,1 об/с. Контроль процесса травления осуществляют по времени и по пластине-спутнику. По окончании процесса выключают ВЧ-генератор и подачу реакционных газов, продува­ют в течение 5 мин камеру азотом и производят ее разгермети­зацию, выгрузку пластин и контроль качества травления.

Для контроля глубины и размеров протравленных областей используют пластину-спутник, на которой записывают профилограмму с помощью профилографа-профилометра. Определяют величину наклона профиля травления и отклонение размеров, а также наличие сыпи и матовости на обработанной поверхности под микроскопом при 200-кратном увеличении. В новейших установках для плазмохимического травления предусмотрен контроль процесса с использованием масс-спектрометрических, лазерных и оптических методов.

На рабочем столе оператора должны быть установлены микроскоп с 200-кратным увеличением и профилограф-профилометр. Для проверки работы загрузочного устройства оператор должен иметь набор имитато­ров пластин или забракованных полупроводниковых подложек.

35