9.4. Травление двуокиси и нитрида кремния

Общее уравнение ПХТ SiO₂ по аналогии с (9.8) может быть записано в виде

. (9.11)

Существуют предположения, что кроме радикалов F^ в реакции участвуют и радикалы , образующиеся в газоразрядной плазме согласно (9.1). При взаимодействии с SiO₂ радикалы создают летучие соединения (CF₃)₂O и моноокись кремния, которая в разряде CF₄ превращается в силоксан, в то время как в разряде фтора происходит ее восстановление до атомарного кремния, образующего кремнийорганическое соединение.

Для селективного травления SiO₂ используются газы с относительно малым содержанием радикалов фтора в плазме (например, C₂F₈). При этом скорости травления SiO₂ в 10 – 15 раз превышают скорости травления кремния и составляют (3 – 7) нм/с.

Пленки нитрида кремния, как и диоксид кремния, травятся во фторсодержащей плазме атомами, фторсодержащими радикалами с выделением SiF₄ и N₂ в газовую фазу. Скорость травления, как правило, меньше, чем кремния, и селективность S (Si/Si₃N₄) = 8 – 10. Положительное влияние на скорость травления нитрида оказывают добавки в плазмообразующий газ (CF₄, C₂F₆, C₃F₈) водорода или углеводородов (CH₄, C₂H₂, C₂H₄), приводящие к ускоренному образованию легколетучего продукта NH₃. При этом скорость травления нитрида резко увеличивается, а кремния уменьшается за счет образования полимерных пленок. В результате наблюдается обратная селективность – S (Si₃N₄/Si) = 35 – 100.

9.5. Плазмохимическое травление органических материалов

Полимерные пленки широко используются в производстве изделий микроэлектроники в качестве фоторезистов и электронорезистов для защитных покрытий готовых микросхем, а также в качестве вспомогательных слоев – планаризации рельефной поверхности перед нанесением металлических слоев и др. Поэтому плазмохимическое травление полимерных пленок представляет весьма важный элемент технологии.

Как правило, органические материалы травятся в кислородсодержащей плазме. Основными активными частицами являются атомы кислорода, а десорбируемыми продуктами деструкции – оксиды углерода (СО, СО₂), водород - вода и радикалы ОН (при комнатной температуре), которые, взаимодействуя с водородом в объеме плазмы или вблизи поверхности, превращаются в пары воды. Для широкого круга полимерных фоторезистов скорость травления в кислородной плазме при одинаковых условиях меняется в небольших пределах – несколько десятков процентов. Энергия активации травления в большинстве случаев варьируется от 4 до 15 ккал/моль и зависит от параметров плазмы, а также состава и структуры полимера. Фторсодержашие и полностью фторированные полимеры травятся со скоростями на порядок меньшими, чем углеводородные, и используются для повышения стойкости масок. Предварительная термообработка или ионная бомбардировка полимерных резистов может приводить к сшивкам полимерных цепей, что увеличивает стойкость полимеров в кислородсодержащей плазме. Скорости травления почти всех исследованных полимеров увеличиваются при добавках в кислородсодержащую плазму фторуглеродных газов, в первую очередь за счет повышения скорости генерации атомов кислорода. С другой стороны, генерация атомарного фтора и фторирование углеродных атомов, в особенности боковых групп, приводят к дополнительному их отрыву. Остающиеся свободные связи на поверхности быстрее взаимодействуют с атомарным кислородом.

В настоящее время разработаны процессы ионно-плазменного травления большинства материалов, применяемых в технологии СБИС.