4.2. Механизмы процесса ионно-плазменного травления

Ионно-плазменное травление основывается на использова­нии образующихся в процессе разряда высокоэнергетических (600 эВ) ионов инертного газа, например Аr+. Как правило, глубокое анизотропное травление осуществляют реактивным ион­ным травлением (РИТ), использующим плазму, полученную раз­рядом в молекулярных газах.

Особенностями метода РИТ являются:

1. асимметричные электроды (отношение площади катода к площади заземленной поверхности намного меньше едини­цы), что обеспечивает постоянное отрицательное напряже­ние смещения (обычно 250-500 В), примерно равное поло­вине амплитудного значения ВЧ-напряжения;

2. Размещение подложек на запитываемом электроде (катоде);

3. Относительно низкие рабочие давления (0,133-13,3 Па).

Каждая из перечисленных особенностей метода обусловлива­ет высокую энергию ионов, бомбардирующих поверхность под­ложки в процессе травления. Ионная бомбардировка в процессах РИТ вызывает следующие физические и химические эффекты:

• передачу энергии в подложку;

• разрыв связей кремния с образованием Si (возникновение на подложке активных центров);

• ионизацию кремния с образованием Si⁺;

• десорбцию продуктов реакции SiF_x;

• диссоциацию молекул и активацию нейтральных частиц тра­вителя - F, XeF₂.

В состав оборудования для ионно-плазменного травления материалов входят следующие основные функциональные сис­темы:

- система травления, служащая для проведения обработки пластин и состоящая из рабочей камеры и расположенных внутри нее или присоединенных к ней снаружи электродов, экранов, подложкодержателей и автономных источников стимулирую­щих воздействий и химически активных частиц (ХАЧ). При использовании в процессе травления ХАЧ рабочая камера обычно называется реактором;

• газовая система, служащая для подачи требуемого потока газа (пара) или газовой смеси в рабочую камеру и в автономные источники стимулирующих воздействий и ХАЧ и состоящая из нескольких каналов, в состав которых входят фильтры, тру­бы, испарители, вентили, клапаны, измерители и регуляторы расхода газа, коллекторы и стабилизаторы давления;

• вакуумная система, служащая для обеспечения требуемо­го давления остаточных и рабочих газов в технологической и шлюзовой камерах, автономных источниках стимулирующих воздействий и ХАЧ и состоящая из вакуумных насосов, трубо­проводов, клапанов, измерителей и регуляторов давлений и ско­ростей откачки, азотной ловушки, системы ее регенерации, филь­тров или станций для очистки насосного масла, скрубберов или нейтрализаторов выхлопных газов;

• система возбуждения и поддержания плазмы разряда в рабочей камере, а также других стимулирующих воздействий в автономных источниках, состоящая из генераторов и источни­ков электрических и магнитных полей, кабелей или волново­дов, измерителей и регуляторов подводимой мощности, согла­сующих устройств;

• система загрузки-выгрузки пластин, транспортирования и позиционирования их внутри установки, состоящая из передаю­щей и приемной кассет, устройств загрузки и перемещения плас­тин, шлюзовой камеры, подложкодержателей и прижимных уст­ройств, датчиков положения пластин на различных позициях;

• система термостатирования испарителей, участков га-зовых каналов, электродов, подложкодержателей и стенок ка­мер, служащая для измерения и регулирования их температуры

и состоящая из термостатов, труб, хладо- и теплоагентов, уст­ройств их перекачки, подачи и распределения, измерителей и регуляторов температуры;

• система контроля момента окончания процесса травле-ния функционального слоя (времени травления), состоящая из индикаторов на основе эмиссионно-спектрального, лазерного ин-терферометрического или масс-спектрометрического методов, оп­тических и электронных устройств, а также специализирован­ных микропроцессоров для обработки полученных сигналов по соответствующему алгоритму;

• система управления, служащая для управления перечис­ленными выше системами контроля режимов их работы и ис­правности входящих в них устройств и состоящая из управля­ющей ЭВМ с программным обеспечением с клавиатурой ввода команд и дисплея.

К конструкционным характеристикам оборудования относят­ся: форма, материалы, размеры и взаимное расположение функци­ональных узлов и систем в составе установки, а также отдельных элементов в составе этих узлов и систем. На рис. 4.3 представле­на схема установки для реактивного ионного травления.