2.5 Структура тлеющего разряда.

При создании между двумя металли­ческими электродами, помещенными в частично вакуумированное про­странство, постоянной разности потенциалов возникает тлеющий разряд. Для тлеющего разряда характерны следующие области (рис.4.12):

1. темное катодное пространство;

2. отрицательное (или тлеющее) свечение;

3. темное фарадеево пространство;

4. положительный столб (положительное свечение);

5. темное анодное пространство.

Первые три области располагаются вблизи катода, образуя так назы­ваемую катодную часть разряда, в которой происходит резкое падение потенциала, связанное с большой концентрацией ионов на границе тем­ного катодного пространства и отрицательного свечения.

Положительные ионы, ускоряемые в результате притяжения к отри­цательному электроду (катоду), при столкновениях возбуждают эмиссию вторичных электронов. При достаточной энергии ионы способны при­вести к смещению атомов на поверхности катода и их распылению, т.е. к эмиссии атомов катода. Вторичные электроны, возникая и ускоряясь, уходят от катода, оставляя рядом с ним объемный заряд менее подвиж­ных положительных ионов в зоне темного катодного пространства.

Электроны, ускоренные в области темного катодного пространства, набирают энергию, достаточную для интенсивной ионизации в области тлеющего свечения. Самотлеющее свечение обусловлено процессами рекомбинации ионов и электронов в нейтральные молекулы и атомы. Для области положительного столба вследствие постоянной и большой концентрации электронов характерны высокая электропроводность и незна­чительное падение потенциала. Свечение в этой области связано с воз­вращением возбужденных молекул (атомов) газа в основное состояние.

Рис.4.12, Структура тлеющего разряда: 7 - темное катод­ное пространство; 2 - отрицательное свечение; 3 - темное фарадеево пространство; 4 - положительное свечение; 5 - темное анодное пространство

Обычно тлеющий разряд возникает при постоянном токе, когда давление составляет 4 Па (и ниже), а величина приложенного напряжения

превышает несколько сотен вольт. Эффективным способом дости­жения такого разряда является ра­зогрев катода для возбуждения интенсивной термоионной эмис­сии. Это обеспечивает достаточ­ный для поддержания плазмы приток электронов и возможность возникновения разряда при более низких давлениях.

Так как средняя длина пробега электрона обратно пропорцио­нальна давлению р, отношениеξ/p, (где ξ - напряженность электриче­ского поля) является мерой энер­гии, сообщаемой электрону полем в период между соударениями.

2.6 Параметры процессов травлении. Степень анизотропии коэффициент анизотропии.

Согласно химической теории травление рассматривается как обыч­ная гетерогенная реакция и, следовательно, весь процесс травления можно разделить на пять стадий:

1. - диффузия реагентов к поверхности;

2. - адсорбция реагентов;

3. - поверхностная химическая реакция;

4. - десорбция продуктов взаимодействия;

5. - диффузия продуктов реакции от поверхности.

Суммарная скорость процесса и особенности его протекания опре­деляются наиболее медленной (контролирующей, или лимитирующей) стадией. Диффузионный контроль наблюдается при применении раство­ров травителей с низкими концентрациями реагентов, при низких тем­пературах процесса либо при процессах, сопровождающихся образова­нием плохо растворимых продуктов, затрудняющих доставку исходных реагентов к поверхности.

Травители с диффузионным контролем называются полирующими. Особенность их действия заключается в сглаживании шероховатостей, нечувствительности к физическим и химическим неоднородностям поверхности.

Травители, для которых самой медленной (контролирующей) ста­дией является химическая реакция, называются селективными. При этом скорость травления зависит от температуры, структуры поверхности, ее ориентации, но не зависит от перемешивания или вязкости травителя, В селективных травителях выявляются неоднородности поверхности, отдельные ее участки травятся с разной скоростью.

Согласно закону действующих масс скорость взаимодействия реа­гирующих веществ пропорциональна произведению их концентраций

Температурная зависимость скорости процесса описывается урав нением Аррениуса

При заданной постоянной температуре и проведении травления в усло­виях избытка травителя процесс протекает с постоянной скоростью, что позволяет рассчитать толщину удаляемого слоя. Наличие на поверхно­сти развитого рельефа и дефектов кристаллической структуры приводит к более интенсивному травлению.

Процессы сухого травления, в том числе плазмохимического, как и другие способы переноса изображения на нижележащие слои, можно охарактеризовать следующими параметрами:

• разрешением;

• степенью анизотропии;

• селективностью (избирательностью).

Разрешение, достигаемое в процессе плазмохимического травления, является критерием качества переноса рисунка, выражается количест­вом различимых линий на единицу длины

Степень анизотропии А можно определить как А=1-v_r/v_в, где v_в, v_r - скорости травления в вертикальном и горизонтальном направ­лениях, в общем случае в двух кристаллографических направлениях. Для выражения зависимости скорости процесса от кристаллогра­фической ориентации или направления иногда используют коэффици­ент анизотропии К_л, который в отличие от степени анизотропии опре­деляют как Ка= v_в /v_r