Реферат: Травление п/п ИМС

Однако в системах с высокой плотностью плазмы, при большом положительном смещении полупроводниковой пластины, наблюдается существенный поток горячих электронов (с энергией до 10000-50000 К) к обрабатываемой поверхности. Так как электроны имеют большую энергию, то это движение носит диффузный и, следовательно, изотропный характер. Электроны захватываются верхними диэлектрическими слоями микроструктуры, что приводит к отрицательному заряжению этих слоев по отношению к слоям, формирующим дно линии. Это приводит к появлению большой разности потенциалов, котрая формирует электрическое поле отталкивающее положительные ионы от дна микрорельефа на стенки линии, что проявляется в боковом перетраве и формировании линий с невертикальными стенками.Предлагаются различные приемы снижения отрицательного заряжения поверхности пластин. Один из них заключается в импульсном возбуждении плазмы высокой плотности. В то время, когда обрабатываемая поверхность поляризуется положительно, возбуждающий плазму импульс выключается. Показано, что за время порядка 10 мкс горячие электроны сбрасывают свою энергию приблизительно до единиц эВ, что существенно снижает эффект заряжения. В ряде разработок используются различные ловушки горячих электронов, двигающихся по направлению к обрабатываемой пластине. Одна из таких конструкций приведена на рис. 9. На горячие электроны при их движении к подложке действует сила Лоренца препятствующая их проникновению к обрабатываемой поверхности.
Отметим, что создание реакторов с высокой плотностью реактивных ионов и холодной электронной компонентой является все же не решенной задачей, и технологи чаще пользуются различными приемами защиты боковых стенок линий, введением различных пассивирующих добавок в плазмообразующие смеси. Так, например, при травлении Si добавка кислорода приводят к тому, что оксидная фаза образующаяся на вертикальных и горизонтальных поверхностях микроструктуры медленнее стравливается с боковых поверхностей.

Материалы. Для реализации реактивного травления необходимо обеспечить появление в ходе плазмохимических реакций на поверхности образование легколетучих компонентов, т.е. веществ с низкой температурой плавления и испарения. Такими свойствами обладают фториды, хлориды и некоторые гидратные формы полупроводниковых соединений. Именно поэтому для реактивного травления используются газообразные соединения F, Cl иногда Br. В таблице 2 приведены основные плазмообразующие газы используемые для реактивного травления.
Важной материаловедческой проблемой остается сильная химическая активность реактивной плазмы и химических продуктов процесса травления. Особенно это относится к Cl содержащим газам. Их применение предъявляет высокие требования к коррозионной стойкости конструкционных материалов реактора, нанесение различных пассивирующих покрытий и тщательной процедуры очистки реактора и обрабатываемых изделий от остатков процесса травления. Серьезной проблемой остается химическая стойкость рабочих жидкостей турбомолекулярных и механических насосов. Все это приводит к тому, что существует общее стремление к использованию плазмообразующих газов на основе фторуглеродных соединений (CnFv).
Резист. Одной из ключевых проблем субмикронной литографии является низкая стойкость к плазменным процессам существующих резистов. Представляя собой органические полимерные композиции они легко разрушаются в ходе плазменного травления. Кроме того плазменная обработка сопровождается определенным нагревом обрабатываемой поверхности, что приводит к дополнительной деградации резистивного слоя. При создании структур с высоким отношением высоты линии к ширине толщина резиста не может превышать ширину линии. Это приводит к необходимости использования сложных многослойных резистов, в которых обычные полимерные композиции обеспечивают высокую экспозиционную чувствительность, тогда как другие добавляют необходимую плазмо- и термостойкость. Альтернативный подход заключается в разработке принципиально новых резистов на основе неорганических материалов, которые по своей природе имеют высокую стойкость к плазменным и термическим обработкам.

Таблица 2. Реактивные плазмообразующие газы

Ионно-лучевое травление

Второй разновидностью ионных процессов применяемых в технологии травления микроструктур является ионно-лучевое травление. Схема ионно-лучевой установки приведена рис. 7. В ранних системах использовалось физическое ионное травление, когда поток ионов инертного газа (Ar) бомбардировал поверхностные слои микроструктуры, травя ее по механизму катодного распыления. Для создания достаточно широкого и плотного пучка ионов использовались различные типы ионных пушек с горячим катодом. Однако подобные процессы обладали низкой селективностью. После того, как были разработаны ионные источники без горячего катода, основное внимание уделялось разработке систем для реактивного ионно-лучевого травления, которое осуществлялось потоком ионов реактивных газов. Подобные системы обладают рядом преимуществ перед обычными плазменными и демонстрируют, в частности, высокую селективность процесса. Так при травлении диоксида кремния на кремнии было достигнуто отношение скоростей травления до 35:1, тогда как для плазменных планарных систем это отношение не превышает 10:1. Кроме того, показано, что по-добные системы уменьшают загрязнения структур и снижают требования к корозионной стойкости материалов реактора.

Химическое травление потоком нейтральных частиц

В системах травления на основе ионных процессов происходит обработка микро-структур заряженными частицами с высокой энергией – ионами, электронами. В системе присутствуют сильные магнитные и электрические поля. Все это неизбежно приводит к созданию различного рода радиационных повреждений в обрабатываемой схеме. Кроме того, в ряде случаев плазменные процессы обладают недостаточной селективностью. Все это приводит к тому, что продолжается работа над разработкой систем для травления структур незаряженными частицами. Одним из наиболее продвинутых процессов является травление потоком химически активных но нейтральных частиц (сhemical downstream etching or CDE process). К таким частицам относятся свободные радикалы и некоторые короткоживущие молекулярные комплексы, которые возникаю в плазме соответствующих газов. Типичная схема установки для травления потоком частиц приведена на рис. 10.

СВЧ разряд в реактивном газе возбуждается в кварцевой трубе, помещенной в волновод. За счет разницы давлений в разрядной камере и реакторе плазма распространяется по транспортной трубе в разрядную камеру. Однако заряженные частицы быстро рекомбинируют, тогда как радикалы достигают обрабатываемой пластины.

Основное применение такого процесса находится в технологических операциях связанных с изотропным но высоко селективным травлением. Например, при удалении рези-стов, при травлении маски из нитрида кремния на оксиде или поликремнии в LOCOS процессах. При применении CDE процессов в комбинации с созданием пассивирующими слоями на боковых стенках линий было достигнуто травление с высокой анизотропией, достаточной для травления структур с высоким отношением высоты к ширине линий.

Заключение

Процессы плазменного травления широко применяются в микроэлектронике для создания топографического рельефа при производстве микросхем высокой степени интеграции. Существующие системы и процессы, в совокупности с прецизионным подбором сложных плазмообразующих смесей и применением многослойных резистов, позволяют решить все возникающие задачи. Однако сложность и разнообразие задач заставляет применять практически для каждого литографического процесса при производстве многослойной схемы индивидуальные для каждой операции системы ионного или химического травления.
Наиболее широкое применение находят относительно дешевые планарные реакторы с конденсаторно возбуждаемой плазмой. Однако наметилась общая тенденция перехода к более сложным и следовательно более дорогим системам с индуктивно возбуждаемой плазмой. Возможность раздельного управления плотностью плазмы и энергией реактивных ионов позволяет легче приспособить процесс к возникающим технологическим задачам.
Однако переход к новому уровню интеграции, связанному с внедрением нового литографического процесса (110 нм), переход к 300 мм полупроводниковым пластинам ставит перед разработчиками задачу создания новых систем, в которых и процессов травления, в которых высокие параметры процесса будут достигаться при приемлемой цене оборудования.