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

(2)

Тетрафторид кремния SiF4 — летучее соединение, легко удаляемое из рабочей камеры установки откачкой. На поверхности кремниевых пластин возможно образование углерода:

Si + CF3+ => C + 3F* + Si + e. (3)

Присутствие в плазме кислорода способствует очистке поверхности от углерода за счет его оксидирования до СО или СО2. Кислород также способствует повышению концентрации возбужденных атомов фтора в результате образования радикалов COF* и их диссоциации:

COF* => F* + CO. (4)

Это увеличивает скорость травления кремния. Атомарный кислород также очищает поверхность от органических загрязнений.

При плазмохимическом травлении физическое распыление прак­тически отсутствует, так как энергия ионов не превышает 100 эВ. В зависимости от конструкции установок различают плазменное и радикальное плазмохимическое травление.

Плазменное травление осуществляют непосредственно в плазме газового травления, т.е. с участием всех химически активных частиц, как с большим (F* — 0,1 . 1 с), так и с малым, временем жизни ('CF+з — около 10 мкс). В камерах диодного типа (Рисунок 2) пластины кремния помещают на нижнем медленно вращающемся электроде (0,1 об/с). Пластины электрически, изолированы от электрода, чтобы исключить ионную бомбардировку.

Радикальное плазм о химическое травление проводят в области вакуумной камеры отделенной от плазмы газового разряда перфорированным металлическим экраном (Рисунок 3) или магнитными электрическими полями. ВЧ-плазма возбуждается между цилиндрическими поверхностями рабочей камеры и экрана.

Травление осуществляется только нейтральными химически активными атомами О или радикалами F* с большим временем жизни, проникающими из плазмы в зону расположения пластин. Заряженные частицы плазмы не могут попасть к поверхности пластин через отверстия цилиндрического экрана.

В зоне, свободной от заряженных частиц, возбужденные атомы фтора и атомарный кислород, многократно соударяясь с молекулами рабочего газа, движутся разупорядоченно, что обеспечивает высокую однородность травления от пластины к пластине и по площади каждой пластины.

Так как возбужденные атомы и свободные радикалы отличаются высокой реакционной способностью, то эффективность травления существенно повышается.

По сравнению с ионным травлением при одинаковых параметрах разряда скорость возрастаег более чем на порядок. Благодаря электрической активации газов илазмохимическое травление проводится при существенно меньших температурах 100 . 300 °С по сравнению с обычным газовым травлением. Плазмохимическое травление из-за химического механизма обладает высокой избирательностью относительно раз-

Рисунок 2. Схема вакуумной камеры диодного типа для плазмохимического травления непосредственно в плазме:

1 — подача рабочего газа; 2— вакуумная камера; 3 — электрод Рисунок 10.2.1. Схема вакуумной камеры диодного типа для плазмохимического травления непосредственно в плазме:

Рисунок 3. Схема вакуумной камеры для радикального плазмохимического травления:

1 — кварцевая камера; 2— перфорированный цилиндр; 3 — кассета с пластинами (подложками); 4 — ВЧ-индуктор; 5—подача рабочего газа; 6 — откачной патрубок

личных материалов (например, F+ травит кремний значительно быстрее, чем диоксид кремния).

Благодаря невысокой энергии частиц, поступающих на обра­батываемую поверхность, радиационные дефекты незначительны.

Химический механизм травления обусловливает наличие бою вой скорости травления, что является недостатком при локальной обработке. К недостаткам плазмохимического травления можно также отнести: ограниченное количество соединений для получения в плазме химически активных частиц, обеспечивающих образование летучих веществ; сложность химических реакций, протекающих в плазме и на обрабатываемой поверхности; большое число взаимосвязанных технологических и конструктивных параметров. Последние трудности преодолеваются по мере изучения и освоения процессов.

Реактивное ионное травление. Реактивное ионное (называемое также ионно-химическим) травление по механизму процесса является комбинированным методом.

Удаление обрабатываемого материала происходит в результате его распыления ускоренными ионами и образования легколетучих соединений при взаимодействии с химически активными частицами плазмы. От плазмохимического травления оно отличается тем, что энергия ионов больше и достаточна для распыления, а от ионного травления — тем, что используется не инертная, а содержащая химически активные частицы плазма.

При этом физическое распыление интенсифицирует химические реакции, а химические реакции, ослабляя межатомные связи на обрабатываемой поверхности, увеличивают скорости распыления.

По аналогии с ионным и плазмохимическим травлением реактивное ионное травление может выполняться при расположении обрабатываемых пластин (подложек) в плазме газового разряда (реактивное ионно-плазменное травление) или в вакууме и подвергаться воздействию пучка ионов, полученных в автономно расположенном источнике (реактивное ионно-лучевое травление).