4. Разработка конструкции маски и расчет основных параметров травления.

И

Ионы.

меется несколько специфических характеристик ионно-лучевого травления, требующих особого рассмотрения, что поможет более полно реализовать достоинства этого метода, отличающегося высоким разрешением.

Me

ПММА

GaAs

Как отмечалось в введении, основной причиной применения ионно-лучевого травления является его высокая разрешаю­щая способность, достигаемая за счет затеняющего действия маски, обеспечивающей анизотропное травление без подтравливания материала под маской. Показана возможность получе­ния структур с размерами менее 10 нм. Важным условием достижения максимального разрешения является выбор маски, поскольку разрешение ограничивается толщиной используемой маски, ее стойкостью к травлению, углом, под которым произ­водится травление, и необходимой глубиной протравливания. Скорость эрозии маскирующего материала должна быть до­статочно низкой, чтобы маска выдерживала воздействие ион­ного пучка в течение всего цикла травления. Ионно-лучевое травление обычно не применяется для очень глубокого травле­ния, поскольку относительная скорость травления тонкопле­ночных маскирующих материалов недостаточна для того, что­бы долго выдерживать воздействие ионного пучка.

Разрешающая способность травления может быть оценена количественно, если использовать некоторые допущения. На рис. 9.6, а показана характерная зависимость коэффициен­та распыления от угла падения иона. Коэффициент распыления имеет наибольшее значение при угле 6_М. Некоторые авторы указывали, что в процессе травления угол края маски становится равным 8_М, и этот наклон затем передается ниже­лежащей подложке или тонкой пленке, подвергающейся трав­лению. По этой причине большинство структур, полученных ионным травлением, имеет наклонные стенки. Если исходный размер маски L, а ее толщина d и после трав­ления ее размеры составляют L' и d', то имеет место следую­щее соотношение:

где S (0м)/5(0)—отношение коэффициентов распыления при угле падения 8_М и угле, нормальном к поверхности.

Для уменьшения AL — сокращения ширины линии необхо­димо применять маски с очень малой скоростью травления, что­бы d—d' было мало, и отношением S(8_M)/S(0), близким к еди­нице. Фоторезист, наиболее широко используе­мый в качестве маскирующего материала при жидкостном и плазменном травлении, не вполне пригоден для ИЛТ. Основное ограничение для его применения связано с высокой скоростью травления. Кроме того, необходимо предусматривать специаль­ные меры для предотвращения перегрева поверхности подлож­ки выше 150 °С, чтобы избежать размягчения резиста. С по­мощью маски из резиста можно произвести травление на глу­бину до нескольких микрометров. Для глубокого ионно-лучевого травления следует использовать маски из металлов (тита­на или тантала) или диэлектриков (нитрида кремния или окси­да алюминия), имеющих очень низкие скорости травления. Для некоторых применений необходим наклонный профиль травления, и регулируемый уход размеров маски становится достоинством. В частности, при наклонном профиле рельефа достигается лучшее перекрытие ступеньки последующими на­носимыми слоями. Наклонный профиль может быть также получен за счет правильно подобранного изменения угла падения пучка в процессе травления, обеспечивающего как пологие, так и более отвесные стенки рельефа.

При выборе подходящего маскирующего материала для ионно-лучевого травления следует учитывать несколько факторов. Скорость травления маски должна быть существенно ниже скорости травления обрабатываемой подложки. Для достижения высокого разрешения отношение S(0M)/S(O) должно быть близко к единице.

Рис. 3. Роль профиля маски при ионно-лучевом травлении: прямоугольный профиль часто приводит к сильному переосаждению, скругленный профиль или тонкие маски позволяют избежать этого эффекта.

Для предотвращения нежелательного переосаждения следует использовать один или несколько подходов, показанных на рис.3: либо намеренно скруглять края резиста, либо применять тонкую маску, либо прибегать к вращению подложки. Скругленный профиль маски из позитивного фоторезиста легко получить, если нагреть ее выше температуры размягчения, примерно до 110—150 °С, в зависимости от типа резиста.

На рис. 4 представлено экспериментально полученное подтверждение того, что такая маска исключает эффек­ты переосаждения. Тонкие маски из металлов с малыми ско­ростями распыления предпочтительны для очень глубокого травления, но для их создания требуются дополнительные опе­рации. Часто применяют сочетание плазменного травления для получения маски в слое титана или тантала с последующим травлением ионами аргона для создания глубокого рельефа с высоким разрешением.

Переосаждение может создавать трудности при травлении верхних слоев интегральной схемы, когда на ее поверхности имеются различные возвышения. Это происходит, например, в местах пересечений при создании первого и второго уровней металлизации. Слой металла должен быть равномерно удален как с плоской поверхности, так и с боковых поверхностей рельефа, имеющих различные углы наклона. Решение этой проблемы сводится к получению рельефа с умеренными угла­ми наклона (60—75°) и ионному травлению под переменным углом 30—40° с целью уравнять скорости травления на пло­ских и наклонных участках топологии Такой подход обеспечивает практически равномерное травление всех элементов поверхности.

Рис. 4. Многослойные проводники на основе золота, полученные ионно-лучевым травлением. (С разрешения Н. Garvin, Hughes Research Laboratories.)

Образование канавок наблюдается по краям рельефа, про­травленного ионным пучком. Как показано на рис. 3, на краях рельефа имеет место увеличение плотности ионного тока за счет отражения первичных ионов стенками маски, следствием чего является увеличенное распыление в этих местах.

Для предотвращения образования канавок применяются вращение образца и его качание по отношению к углу падения пучка. При этом, как известно, максимум скорости травления сдвигается от 0 = 0_М к 8 = 0° (горизонтальной поверхности.). При 0=0° боковые стенки травятся вертикально, и образова­ние канавок исключается, так как нет концентрирования пуч­ка по границам рельефа. Ряд авторов подтвердили это решение экспериментально. Установлено, что оптимальный угол качания составляет 20—30°, при этом обеспечиваются отсутствие переосаждения, вертикальный профиль травления и отсутствие образования канавок. Углы качания более 40° нецелесообразны, так как из-за затенения теряется точность воспроизведения размеров.