Классификация физико-химических методов обработки и очистки. Плазменные методы удаления материала с поверхности твердого тела

В соответствии с применяемыми средствами очистку делят на жидкостную и сухую.

Жидкостная очистка выполняется органическими - растворителями; разнообразными составами, содержащими щелочи, кислоты, пероксид, и другие реактивы, водой.

Подобрать жидкое средство, одновременно удаляющее все возможные поверхностные загрязнения, весьма сложно, поэтому жидкостная очистка включает ряд последовательных операций.

Нерастворимые в воде органические жировые загрязнения делают поверхность гидрофобной, т. е. плохо смачиваемой водой и большинством растворов. Для равномерной очистки поверхность подложек (пластин) необходимо перевести в гидрофильное, т. е. хорошо смачиваемое водой, состояние. Операция удаления жировых за-

Рисунок 1 Классификация методов очистки и травления пластин и подложек

грязнений, сопровождаемая переводом поверхности из гидрофобного состояния в гидрофильное, называется обезжириванием. Обезжиривание — первая операция при жидкостной очистке.

Сухая очистка применяется на этапе формирования элементов и межэлементных соединений микросхем и, как правило, выполняется непосредственно перед проведением ответственных технологических процессов (напыление пленок, литография) или совмещена, т. е. проводится в одном оборудовании, с последующей обработкой (например, с получением термического оксида, с эпитаксиальным наращиванием полупроводниковых слоев).

Методы сухой очистки исключают необходимость применения дорогостоящих и опасных в работе жидких реактивов, а также проблемы межоперационного хранения пластин и подложек и очистки сточных вод, которые являются немаловажными при использовании жидких средств очистки.

Кроме того, процессы сухой очистки более управляемы и легче поддаются автоматизации.

С точки зрения механизма процессов все методы очистки можно условно разделить на физические и химические (см. рисунок 1). При физических методах загрязнения удаляются простым растворением, отжигом, обработкой поверхности ускоренными до больших энергий ионами инертных газов.

В тех случаях, когда загрязнения нельзя удалить физическими методами, применяют химические методы, при которых загрязнения удаляют: их замещением легко удаляемыми веществами, переводом в легко растворимые комплексные соединения или травлением пластин (подложек).

Травление сопровождается удалением поверхностного слоя вместе с имеющимися на поверхности загрязнениями.

На рисунке 1 мы выделили травление, чтобы подчеркнуть, что в технологии микросхем (как будет ясно далее) травление не всегда имеет целью очистку.

Оно применяется для размерной обработки, удаления слоя с нарушенной механическими обработками • структурой, локального удаления слоев различных материалов при формировании топологии микросхем, выявления поверхностных дефектов полупроводников и др.

Плазменные методы удаления материала с поверхности твердого тела. Сущность и классификация методов обработки поверхности

Плазмохимическое травление, как и ионное, проводят в вакуумных установках и также используют плазму газового разряда. Плазмохимическое травление (в отличие от чисто физического распыления при ионном травлении) имеет химическую природу. Оно основано на использовании об­ладающих большой реакционной способностью химически активных частиц, получаемых в плазме 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.

Плазмообразующие газы выбирают исходя из свойств обрабатываемого материала. Для травления кремния и некоторых металлов применяют галогеносодержащие молекулярные газы, так как именно в их плазме образуются необходимые химически активные частицы, переводящие поверхностные слои в летучие соединения.

Для разбавления и обеспечения требуемых параметров травления в плазму дополнительно вводят аргон, кислород, азот. Наиболее часто для травления кремния и его соединений применяют смесь фреона-14 CF4 с (2 . 8)% кислорода. Присутствие кислорода повышает скорость травления и качество очистки. Фреон-14 относительно инертен, при любых температурах он не взаимодействует с кремнием.

В плазме химически активные частицы образуются в результате взаимодействия молекул газа с ускоренными электронами, которые в отличие от тяжелых частиц обладают существенно большими энергиями. В плазме фреона-14 с кислородом образование химически активных частиц — возбужденного атома фтора F*, положительно заряженного радикала CF3+, атомарного кислорода О — сопровождается реакциями

(1)

Травление кремния и его соединений сопровождается реакциями: