14. Какие проблемы могут возникать при ионном травлении материалов?

При использовании полимерных органических масок (из фото-, электроно-, рентгено- и ионорезистов, полиимида и др.) в процессах ИТ возникают три проблемы. Первая связана с необходимостью поддерживать низкие уровни парциальных давлений химически активных остаточных газов (кислорода, водорода, паров воды) и их натекания в рабочую камеру. В противном случае резко увеличивается скорость ИТ органических масок. Для обеспечения стабильной и низкой скоростпи ИТ органических масок парциальные давления химически активных остаточных газов не должны превышать 10^-4 Па, а уровень их натекания в рабочую камеру – 10^-5 Па м³/с. Такие же условия должны выполняться для исключения уменьшения скорости ИТ материалов за счет их окисления.

Вторая проблема связана с низкой термостойкостью органиченских масок, которая ограничивает плотность мощности на ВЧ-электроде и требует эффективного охлаждения подвергаемых травлению образцов. Органические маски не выдерживают длительного воздействия температур выше 423-473 К. Существуют критическая плотность мощности на ВЧ-электрод w_кр., которую выдерживают стандартные фото- и электронорезисты при трех основных способах охлаждения образцов на ВЧ-электроде.

Третья проблема связана с удалением остатков органических масок после ИТ. В результате ионной бомбардировки в органических материалах возникают дополнительные поперечные связи, которые затрудняют удаление остатков маски в стандартных растворителях. Для решения этой задачи толщину маски делают больше, чем технологически необходимо, чтобы дополнительное «сшивание» не распространялось на всю толщину остатка маски к моменту окончания ИТ материала. Однако лучшее решение связано с удалением остатков маски в кислородосодержащей плазме в системах плазмохимического травления.

Следующая проблема связана с топогафией получаемого профиля при ионном травлении. Известно, что профиль травления материала через маску определяется зависимостью скорости травления от угла падения ионов, переосаждением распыляемого материала и отражением ионов при больших углах падения. Переосаждение распыленного материала происходит из-за того, что каждая элементарная площадка поверхности травления является одновременно приемной для других эмитирующих элементарных площадок. В результате некоторые площадки поверхности за время ИТ принимают на себя больше материала, чем удаляется с них. Процесс переосаждения увеличивается с повышением плотности рельефных элементов (ступенек, канавок и др.) на поверхности подложки. Переосаждение распыленного материала часто служит причиной коротких замыканий между соседними проводящими дорожками в микросхемах высокой степени интеграции, ведет к уменьшению скорости травления материала из узких канавок и придает их профилю V – образную форму. Распыленный материал может осаждаться на боковых стенках защитных масок и оставаться на вытравленном рельефе после удаления маски.

15. Какие проблемы могут возникать при плазмохимическом травлении?

При проведении плазмохимического травления химически активные частицы, взаимодействуя друг с другом, с подаваемым газом и продуктами травления могут образовывать нелетучие соединения. Кроме того, присутствующие в рабочем газе примеси могут, взаимодействуя с плазмой газового разряда, образовывать нелетучие продукты. Например, во фторуглеродных газах такой примесью может быть водяной пар. Подобные продукты, осаждаясь на обрабатываемой поверхности, уменьшают скорость травления, что приводит либо к шероховатости поверхности, либо к замедлению травления. Помимо того, при ПХТ загрязнения могут распыляться с поверхностей находящихся в контакте с плазмой. Распыление можно минимизировать, уменьшая потенциалы плазмы относительно этих поверхностей.

Шероховатость может быть вызвана неконтролируемыми загрязнениями поверхности, подвергаемой травлению. Так, на поверхности кремния всегда присутствует SiO₂, и из-за высокой селективности ПХТ в SF₆ и CF₄ + O₂ даже незначительные различия в толщине SiO₂ вызывают значительную микронеровность травления кремния. Это явление можно устранить, погрузив пластины в HF и промыв их непосредственно перед травлением.

При ПХТ возможны также радиационные повреждения и изменения электрофизических свойств, обрабатываемых материалов в результате ионной и электронной бомбардировок, а также низкоэнергетического рентгеновского и ультрафиолетового излучений (последнее превалирует в случае травления при большой мощности разряда). Однако в большинстве случаев эта проблема легко решается с помощью отжига при температурах 400-500⁰ С.