Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
27
Добавлен:
17.04.2013
Размер:
109.57 Кб
Скачать

Глава 13

Газовые среды и химические реакции в плазме

§ 13.1. Некоторые реагенты, применяемые в плазмохимии

В низкотемпературной плазме, используемой для технологических задач микроэлектроники, большую роль играет образование химически активных частиц. Поэтому и необходимо провести краткий анализ применяемых газовых сред и основных химических реакций. Специфической особенностью процессов в плазме является наличие целого ряда одновременно и большей частью независимо друг от друга протекающих гомогенных и гетерогенных реакций, особенно при использовании многокомпонентных смесей. Все многообразие используемых смесей и химических реакций в плазме охватить невозможно - с расширением применения плазменного оборудования номенклатура газов и смесей постоянно увеличивается. В табл.13.1 приведены наиболее распространенные реагенты, применяемые в производстве интегральных схем для травления и осаждения некоторых материалов: диэлектриков, металлов, полупроводников.

Таблица 13.1

Номер

хладона

Название соединения

Химичес-кая формула

Состояние в баллоне

Температура кипения, oС

10

12

13

14

21

116

-

-

-

-

-

-

-

Тетрахлорметан

Дифтордихлорметан

Трифторхлорметан

Тетрафторметан

Монофтордихлорметан

Гексафторэтан

Трехфтористый азот

Четыреххлористый кремний

Гексафторид серы

Трихлорид бора

Хлор

Дихлорсилан

Моносилан

CCl4

CCl2F2

CClF3

CF4

CHCl2F

C2F6

NF3

SiCl4

SF6

BCl3

Cl2

SiH2Cl2

SiH4

Жидкость

Жидкий газ

То же

Газ

Жидкий газ

Газ

То же

Жидкость

Жидкий газ

Жидкость

Жидкий газ

То же

-"-

76,8

-29,8

-81,2

-128,0

91,0

-78,2

-128,9

57,6

-6,4

12,5

-34,1

8,4

-111,4

Главную роль в образовании активных частиц в плазме играют процессы диссоциации молекул электронным ударом. Скорость таких процессов определяется ФРЭЭ, сечением столкновения электронов, концентраций электронов, которые в свою очередь зависят от многих технологических и конструкторских факторов.

Для теоретической модели, описывающей кинетику реакций в плазме, необходимо представление о тех основных реакциях, которые определяют образование и отвод всех реактивных частиц, а также о константах и скоростей реакций.

§ 13.2. Примеры химических реакций в плазме

О сложности физико-химических процессов в плазме можно составить представление на примере плазмохимического травления кремния и его соединений в плазме, содержащей фтор (например, в плазме CH4). В начальный период освоения плазменной технологии и оборудования считали, что процесс сводится к взаимодействию обрабатываемой поверхности кремния с радикалами фтора F*, образующимися при электронных столкновениях и обладающими чрезвычайно высокой реакционной способностью. Считали, что протекают следующие реакции:

Образующиеся газообразные продукты удаляются из реакционной разрядной камеры при откачке вакуумными насосами.

Однако позднейшие исследования показали: в процессе травления активное участие в химических реакциях способны принимать и те газы, которые присутствуют в реакционной камере после ее предварительной откачки или добавляются в реакционные смеси.

В присутствии углерода и водорода общие уравнения реакции взаимодействия с кремнийсодержащими соединениями в плазме, где наряду с фтором присутствует и кислород, могут быть записаны в виде

Приведенные уравнения реакций не отражают в полной мере всего многообразия и сложности химических процессов в плазме.

Необходимо отметить также существенную роль при химических реакциях в плазменном технологическом оборудовании материалов электродов и стенок реакционной разрядной камеры. В результате реакций с конструктивными элементами могут существенно снижаться скорости процессов обработки за счет отвода химически активных частиц на стенки.

Использование новых газовых смесей, а также лучшее понимание характера химических процессов в плазме выдвинуло новые требования к конструкции плазменного технологического оборудования: необходимость проведения процесса в несколько стадий и создания для этого многореакторного оборудования, обеспечение откачки несколькими вакуумными системами (глубокая предварительная откачка и рабочая откачка), необходимость шлюзовой загрузки и выгрузки изделий.

Круг химических соединений, которые можно использовать для плазменного осаждения пленок, достаточно широк. Известно применение металлоорганических соединений, хлоридов и карбонильных соединений. Наибольшее распространение метод плазменного осаждения получил в технологии низкотемпературного формирования слоев нитрида и окисла кремния. Одним из распространенных методов является осаждение Si3N4 в парах аммиака в среде аргона или азота по реакции

Основным требованием является герметичность, так как даже небольшие количества кислорода приводят к образованию оксинитрида кремния SixNyOz.

В основе формирования на поверхности полупроводниковой пластины слоев окисла кремния плазменным методом при низких температурах лежат реакции

,

где R = CH3; C2H5 и т.д. Некоторые из этих процессов могут осуществляться в среде инертных газов, чаще аргона. В плазменном технологическом оборудовании протекают обычно и гомогенные реакции, и многочисленные гетерогенные реакции. Гетерогенные реакции, как правило, протекают на поверхности обрабатываемой пластины и особенно важны в технике плазменной обработки.

Для гомогенных реакций имеют большое значение неупругие столкновения между электронами и молекулами газа, которые приводят к образованию возбужденных молекул или их осадков.

Общие контрольные вопросы к главе 13

1. Какую роль (положительную или отрицательную) в химических процессах обработки в плазме выполняют электроды, стенки реакционной камеры, различные конструктивные элементы?

2. Используя материал глав 11 и 13, классифицировать плазмохимические установки по двум группам: с преимущественной ролью гомогенных реакций или гетерогенных реакций.

135

Соседние файлы в папке Флекции