Пути повышения анизотропии ПХТ

Чистое ПХТ при отсутствии каких-либо кристаллографических эффектов является изотропным.

Для получения анизотропии процесса травление стимулируют бомбардировкой положительными ионами. Известны два механизма стимуляции анизотропного травления ионной бомбардировкой:

1. Создание радиационных нарушений.
2. Формирование пассивирующего слоя на боковых стенках.

Создание радиационных нарушений

Ионы, бомбардирующие кремний, создают радиационные нарушения в кристаллической решетке, простирающиеся в глубину на несколько монослоев от поверхности. Радиационные повреждения катализируют процесс хемосорбции травителя.

Кроме того, химическая реакция с нарушенной областью кристалла протекает с повышенной скоростью, причем глубина и количество радиационных нарушений зависят от энергии ионов.

Формирование пассивирующего слоя на боковых стенках

Определенные газы (например, CHF₃, CClF₃) или смесигазов (CF₄-H₂) распадаются в плазме, образуя элементы с ненасыщенными связями и радикалы, способные к полимеризации. Эти элементы, взаимодействуя с поверхностью, формируют адсорбированный слой, а в некоторых случаях - сплошную пленку. Адсорбированный слой замедляет травление, адсорбируя элементы травителя либо препятствуя доступу частиц травителя к подложке. Ионная бомбардировка поверхности удаляет покрытие из ингибиторов, что вызывает анизотропию травления

БОШ – процесс

Для глубокого анизотропного травления используют так называемый БОШ–процесс, который представляет собой чередование двух стадий:

- изоторопного ПХТ;

- осаждения полимера.

Достоинства:

- высокая скорость травления (до 20 мкм/мин);

- возможность управления степенью анизотропии;

- высокая воспроизводимость процесса.

38. Плазмохимическое травление кремния, пленок Si₃N₄, SiO₂.

Травление кремния

Плазмохимическое травление кремния осуществляют во фторсодержащей плазме. Атомы фтора реагируют с кремнием n и p типа проводимости, а

также с SiO₂ и Si₃N₄, образуя летучие соединения.

В качестве источников фтора могут служить молекулы: F₂, CF₄, C₂F₆, C₃F₈, SF₆, SiF₄, NF₃, ClF₃, которые при диссоциации в плазме могут образовывать атомарный фтор, а также различные фторсодержащие радикалы. В результате химических реакций с кремнием образуются летучие продукты такие,как SiF₂ и SiF₄.

Для улучшения эффективности процесса в плазму добавляют кислород, который в атомарном состоянии окисляет углерод до СО и СО₂.

ПХТ слоёв SiO₂

Используемые газы: C₃F₈, CHF₃, O₂, He. C₃F₈ диссоциирует, образуя химически активные радикалы CFX, а также атомарный фтор: C₃F₈ + e → 2CFX + 2F + e. Радикалы CFX (главным образом CF3⁺) взаимодействуют с SiO₂ с образованием таких летучих продуктов, как SiF₄, CO, CO₂, COF₂:

CFX + SiO₂ → SiF₄ + (CO, CO2 COF₂).

Кислород способствует лучшему удалению из зоны травления нелетучих углеродсодержащих соединений за счет образования таких газов, как COF₂, CO и CO₂.

CHF₃ при диссоциации образует радикалы CF₃⁺, а также атомарный водород, связывающий атомы фтора:CHF₃ → CF₃⁺ + H,

H + F → HF. При добавлении в газовую смесь CHF₃ происходит увеличение скорости травления SiO₂ за счет увеличения концентрации радикалов CF₃⁺ и уменьшения скорости травления чистого кремния из-за уменьшения концентрации атомов фтора. Это позволяет обеспечить селективность травления SiO₂ по отношению к Si на уровне 10:1.

Добавка в газовую смесь гелия позволяет эффективно охлаждать стенки реактора и пластину во время, и после травления, что необходимо для сохранения геометрии фоторезистивной маски.

ПХТ слоёв Si₃N₄

Используемые газы: SF₆, He.

Травление осуществляется атомами фтора, которые освобождаются в плазме гексафторида серы. Поскольку атомы фтора быстрее вступают в реакцию с Si₃N₄, чем с SiO₂, то данный процесс характеризуется селективностью травления Si₃N₄ по отношению к SiO₂. Добавка гелия выполняет функцию хладоагента.