Otvety_na_ekzamenatsionnye_voprosy_OPT_2022 (1)
.pdfРеактивным ионно-лучевым травлением называется процесс, при котором обрабатываемый материал вынесен из зоны плазмы разряда,
находится в вакууме и подвергается воздействию пучка ускоренных ионов химически активного газа, которые могут образовывать ХАЧ и производить травление.
ИЛТ является универсальным методом, с помощью которого можно протравить любой материал или сочетание материалов, например,
многослойную металлизацию Ti — Pt— Аи, что трудно осуществить жидкостными или плазменными методами. Cложные многослойные структуры могут быть протравлены в едином процессе. При этом исключается подтрав под маской.
Отличительные особенности ионного травления:
—универсальность, т.е. возможность очищать загрязнения любого вида
итравить поверхности любых материалов;
—низкая избирательность травления различных материалов из-за чисто физического механизма процесса распыления. Это затрудняет локальную обработку, так как материал контактной маски тоже травится (распыляется), а
с другой стороны, это позволяет применять ионное травление для обработки многослойных пленок с несовместимыми, с точки зрения жидкостного травления свойствами слоев.
Достоинства ионного травления:
- преимущественное травление в направлении нормали к поверхности,
что обеспечивает хорошие результаты при локальной обработке, так как практически отсутствует боковая составляющая скорости травления
(подтрав);
- безинертность, процесс травления прекращается сразу же после снятия напряжения с электродов.
Недостатки ионного травлении:
- низкие скорости травления (0,1 — 1 нм/c);
151
- значительные радиационные и тепловые воздействия, вызывающие разрушение контактных масок, деградацию электрофизических параметров структур и необходимость охлаждения образцов при травлении
152
42. Ионно-плазменное травление.
Ионно-плазменное травление – способ травления, при котором удаление поверхностных слоев материалов осуществляется за счет физического распыления ионами инертных газов или других ионов, химически не реагирующих с обрабатываемым материалом. Для ионной очистки поверхности материалов (удаления адсорбированных частиц) обычно используют ионы с энергией в диапазоне от 20 до 100 эВ, а для ионного травления (удаления слоев основного материала) - от 100 до 1000 эВ.
ВЧ – высокочастотный/высокие частоты.
По способу возбуждения и поддержания электрического разряда системы ИПТ подразделяются на:
Системы с разрядами постоянного тока (ПТ), системы с самостоятельными ВЧ разрядами;
Системы с самостоятельными ВЧ зарядами;
Системы на постоянном токе и высокой частоте с искусственным поддержанием разряда, где разряд поддерживается с помощью вспомогательных средств: термоэлектронной эмиссии, ВЧ и магнитных полей.
Системы ИПТ можно классифицировать по числу электродов на:
-Двухэлектродные (диодные);
-Трехэлектродные (триодные);
-Многоэлектродные (четыре и более электродов).
По форме и расположению электродов системы ИПТ могут быть горизонтальными с плоскими электродами (планарные) и вертикальными с электродами в виде цилиндров и многогранных призм. Некоторые распространенные варианты конструкций системы ионно-плазменного травления приведены на рис. 1. Планарная диодная ВЧ система содержит два дисковых электрода: заземленный (анод) и ВЧ электрод (или мишень), на который подается напряжение от ВЧ генератора. В диодной ВЧ системе возможность ИПТ любых материалов (металлов, полупроводников,
диэлектриков, органических соединений и др.) сочетается с простотой
153
конструкции и большой площадью ВЧ электрода, на которой обеспечивается равномерная ионная бомбардировка.
Травление материалов в диодных системах (рис. 1,а) постоянного тока осуществляется в аномальном тлеющем разряде при напряжении на катоде 1 -
2 кВ. В таких системах скорости ионно-плазменного травления органических масок в несколько раз ниже, чем в ВЧ системах, что позволяет проводить травление проводящих слоев на большую глубину.
Для увеличения производительности за счет загрузки большого числа пластин, а также уменьшения степени загрязнения поверхности пластин отслаивающимися от заземленного электрода пленками и частицами применяют вертикальную диодную ВЧ систему с многогранным ВЧ электродом (рис. 1,б). В такой системе для увеличения равномерности травления может быть использовано вращение ВЧ электрода.
Триодная система ИПТ состоит из трех независимо управляемых электродов: термокатода, анода и мишени, на которой размещаются обрабатываемые пластины (рис. 1,в). После откачки рабочей камеры до давления 10−4 Па катод разогревается до температуры, достаточной для достижения высокой плотности тока термоэлектронной эмиссии. Затем в камеру напускается инертный газ и между термокатодом и анодом подается
154
напряжение около 50 В, что приводит к зажиганию дугового разряда. На мишень может подаваться как постоянное отрицательное напряжение при травлении проводящих материалов, так и ВЧ напряжение при травлении диэлектриков.
В планарной магнетронной системе ИПТ (рис. 1,г) под плоским ВЧ электродом (мишенью) размещены постоянные магниты, форма полюсов которых определяет геометрию замкнутой зоны у поверхности мишени в виде вытянутой буквы «О». Наличие у мишени замкнутого магнитного поля дает возможность локализовать плазму в непосредственной близости у мишени и повысить плотность ионного тока на мишень. Для обеспечения равномерности ионно-плазменного травления в системе предусмотрено сканирование магнитного поля по диаметру мишени с помощью перемещения магнитной системы. Таким образом, в планарной магнетронной системе при высоких скоростях травления материалов резко уменьшается возможность их радиационного повреждения вследствие низких энергий ионов.
155
43. Ионно-химическое травление.
Версия №1.
Ионно-химическое травление (ИХТ) — травление материалов направленными пучками химически активных ионов. Энергетические ионы,
обладающие высокой кинетической энергией, бомбардируют поверхность материала. При этом происходит нейтрализация ионов, их внедрение в обрабатываемый материал и фрагментация на составные элементы – атомы.
Как правило, ионы в процессах ИХТ представляют собой многоатомные образования. После фрагментации происходит химическая реакция составных частей иона с обрабатываемым материалом. Наблюдается и физическое распыление материала.
При малых энергиях превалирует химическое взаимодействие, при высоких - физическое. Химическая природа процесса ионно-химического травления обеспечивает его высокую селективность (избирательность)
воздействия на различные материалы. Направленное движение ионов и низкое давление газа обеспечивают направленность и высокое разрешение процесса ионно-химического травления.
Можно выделить следующие стадии процесса травления:
1)Доставка молекул рабочего газа в зону плазмы газового разряда;
2)Превращение молекул рабочего газа в энергетические и химически активные частицы в плазме;
3)Доставка энергетических и химически активных частиц к поверхности обрабатываемого материала;
4)Взаимодействие этих частиц с поверхностью материала;
5)Отвод продуктов взаимодействия от поверхности обрабатываемого материала.
Скорость гетерогенных многостадийных процессов определяется скоростью наиболее медленной (лимитирующей) стадии. Следовательно, для нахождения закономерностей процессов плазмохимического травления
156
материалов надо выявить лимитирующую стадию и определить, какие
параметры влияют на ее скорость.
157