3.2 Методика эксперимента
Плазмохимическое травление, как о ионное, проводят в вакуумных установках и также используют плазму газового разряда. Процесс плазмохимического травления можно разделить на ряд этапов: доставка плазмообразующего газа, пара или смеси в камеру вакуумной установки; образование химически активных частиц в газовом разряде; доставка их к обрабатываемой поверхности; химические реакции с образованием легко летучих соединений; десорбция и удаление образующихся летучих соединений через откачную систему вакуумной установки.
Эксперимент по плазмохимическому травлению проводился на установке для плазмохимического травления LAM 490. Данное оборудование является серийным и широко применяется в технологии изготовления ИМС.
Первый этап эксперимента заключался в нахождении зависимости качества плазмохимической очистки подложек от режимов обработки: мощности, длительности обработки в плазме. Был проведен ряд экспериментов с кремниевыми пластинами диаметром 100 мм, прошедшими жидкостно-химическую обработку. Были проведены операции фотолитографии по стандартной технологии, а именно:
-
перед нанесением фоторезиста проводилась обработка в парах ГМДС в течении 5 минут;
-
затем нанесение фоторезиста ФП-1813 толщиной 1,4 миллиметра на установке "Лада-125";
-
сушка фоторезиста на установке "Лада-125" при температуре Т=80-90°С в течении времени 9±0,5 минут;
-
экспонирование на установке ЭМ-584А;
-
после проявления проводился контроль линейных размеров и контроль внешнего вида кристалла после фотолитографии;
-
задубливание на установке "Лада-125" при температуре Т = 90- 100°С в течении времени 9±0,5 минут.
Степень чистоты поверхности пластины определялась контролем смачиваемости поверхности. Данная операция проводилась путем погружения опытного образца кремниевой пластины в деионизованную воду. При извлечении кремниевой пластины из деионизованной воды фиксировалось время удержания жидкости на ее поверхности. Время удержания деионизованной воды поверхность обработанной измерялось как на обработанных кремниевых пластинах в плазме, так и на контрольных пластинах (без плазмохимической обработки), прошедших только жидкостно-химическую обработку.
Следующий этап эксперимента заключался в определении зависимости скорости травления нитрида кремния от прилагаемой мощности. Также помимо этого проводился параллельно еще один эксперимент. Его задачей было определить влияния срока хранения от задубливания до травления нитрида кремния. Для этого были использованы пластины те же операции фотолитографии в тех же режимах что и в предыдущем эксперименте, но с различным сроком хранения от 0,5 до 10 часов. После травления проводился контроль линейных размеров элементов и контроль дефектности.
3.3 Результаты эксперимента
Эксперимент по плазмохимическому травлению проводился на установке для плазмохимического травления LAM 490. Данное оборудование является серийным и широко применяется в технологии изготовления ИМС.
Расход рабочего газа и давление в реакторе оставалось неизменным на всех этапах экспериментов и составляло 5 л/ч и 13,3 Па. На графиках показанных на рисунке 3 и на рисунке 4 можно увидеть, что увеличение мощности и времени обработки не приводит к улучшению адгезии.
Рисунок 3 – Зависимость качества плазмохимической очистки подложек от мощности
Рисунок 4 – Зависимость качества плазмохимической очистки подложек от длительности обработки в плазме
Исходя из проведенного эксперимента можно сделать вывод что оптимальным временем для обработки кремниевых пластин в плазме будет 3 мин.
Так как после этого времени качество очистки снижается и дальнейшее травление пластин в плазме более 3 минут становится нецелесообразным.
При этом экспериментальным путем был найден оптимальный режим обработки пластин при котором была получена хорошая адгезия на поверхности пластины tудержания = 60 сек.
Таблица 3 – Оптимальный режим работы установки плазмохимического травления
|
Наименование |
Значение |
|
Длительность обработки в плазме |
3 мин |
|
Расход рабочего газа |
5 л/ч |
|
Мощность |
0,8 кВт |
|
Давление |
13,3 Па |
Скорость травления зависит от тех. параметров процесса, которые влияют на концентрации химически активних частиц плазмы и активных центров на обрабатываемой поверхности. К таким параметрам относится, прежде всего, вкладываемая в электрический разряд ВЧ мощность W, так как она определяет электронную температуру плазмы, от которой зависит компонентный состав и концентрация реактивних частиц плазмы. Как правило, скорость ПХТ материалов возрастает с увеличением мощности, поскольку увеличение мощности приводит к возрастанию концентрации реактивних частиц плазмы, образующихся при диссоциации и ионизации молекул рабочего газа электронным ударом. Наблюдается практически линейная зависимость увеличения скорости травления с увеличением мощности.
1 - при потоке 0,042 см3/с; 2 - при потоке 0,08 см3/с; 3 - при потоке 0,13 см3/с; 4 - при потоке 0,16 см3/с.
Рисунок 5 - Зависимость скорости травления нитрида кремния в плазме от мощности, вкладываемой в разряд, при различной скорости подачи газа
Увеличение расхода рабочего газа приводит к возрастанию абсолютного значения скорости плазменного травления материалов, что показано на рисунке 5.
Наибольшая селективность процесса травления наблюдается при высоких уровнях мощности и давлении рабочего газа. С увеличением давления скорость травления растет, достигает максимума, а затем уменьшается, как показано на рисунке 6.
Рисунок 6 - Зависимость скорости ПХТ от давления рабочего газа
Кроме того исследовалось влияние срока хранения пластин от задубливания до травления нитрида кремния. Для этого были использованы пластины прошедшие те же операции фотолитографии в тех же режимах что и в предыдущем эксперименте, но с различным сроком хранения от 0,5 до 10 часов. После травления проводился контроль линейных размеров элементов и контроль дефектности. График зависимости дефектности кристаллов от срока хранения пластин представлен на рисунке 7.
Рисунок 7 - График зависимости дефектности кристалла от срока хранения пластин
График показывает, что наименьшее количество дефектности кристаллов наблюдается на свежезадубленных пластинах и использованных в течении времени 6 часов. Допускается меньше двух дефектных модулей на диаметре. При травлении пластин сроком хранения более шести часов наблюдается значительное увеличение количества вырывов и обрывов металлизации, что связано с частичной потерей адгезии фоторезиста.
В ходе эксперимента была установлена зависимость качества плазмохимической очистки подложек кремниевых пластин от режимов обработки. Был найден оптимальный режим плазмохимического травления с целью улучшения адгезии металлических и диэлектрических пленок, наносимых в процессе производства ИМС. Экспериментальным путем было выяснено, что оптимальным сроком хранения пластин от задубливания до травления следует считать 6 часов.
Срок хранения свыше 6 часов является недопустимым. В этом случае на контрольной пластине следует провести контрольный процесс. В случае отрицательного результата надо отдать на реставрацию. В случае положительного - провести травление всей партии. Увеличение мощности и времени обработки не приводит к улучшению адгезии