Презентация на тему: ТРАВЛЕНИЕ

ТРАВЛЕНИЕ
Жидкостное травление
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ
1/60
Средняя оценка: 4.5/5 (всего оценок: 4)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (530 Кб)
1

Первый слайд презентации: ТРАВЛЕНИЕ

Практическое занятие №5 По курсу ФХОМиНЭ 1

Изображение слайда
2

Слайд 2: Жидкостное травление

Травлением в жидких средах (или химическим травлением) называется процесс переноса вещества из твёрдой фазы в жидкую, т.е. растворение вещества подложки или технологических слоев химическими реактивами (щелочами, кислотами и их солями), называемыми травителями. 2

Изображение слайда
3

Слайд 3

Цели процессов химического травления удаление с оверхности полупроводниковой подложки механически нарушенного слоя; снятие с полупроводниковой подложки слоя исходного материала определённой толщины; локальное удаление материала подложки или технологического слоя с пределённых участков поверхности; создание определённыхэлектрофизических свойств обрабатываемой поверхности подложки; выявление структурных дефектов кристалли-ческой решётки п олупроводниковой подложки; получение мезаструктур. 3

Изображение слайда
4

Слайд 4

Методы травления полупроводников - Изотропное травление; - Анизотропное травление; - Селективное травление; - Локальное травление; - Послойное травление. 4

Изображение слайда
5

Слайд 5

Изотропное травление – растворение полупроводника с одинаковой скоростью травления по всем направлениям монокристаллической подложки. Применяют для удаления нарушенного поверхностного слоя и полирования поверхности. Анизотропное травление – растворение полупроводника с различной скоростью по разным направлениям монокристаллической подложки. Используют для выявления структурных поверхностных и объёмных дефектов. Селективное травление – растворение полупроводника с различной скоростью на разных участках поверхности с одной и той же кристаллографической ориентацией (либо с различными скоростями травления слоёв разного химического состава в избирательных травителях). Позволяет выявлять дефекты и несовершенства кристаллической структуры подложек (дислокации, дефекты упаковки, границы зерен и др.), а также p – n –переходы и различные фазовые включения ; 5

Изображение слайда
6

Слайд 6

Локальное травление – удаление материала со строго ограниченных и заданных участков подложки. Обеспечивает получение элементов требуемой конфигурации и заданного рельефа на поверхности подложек. Позволяет создавать необходимый рисунок микросхемы (создавать заданную конфигурацию технологических слоёв, проводить мезатравление). Для локального химического травления используют изотропные и анизотропные травители. Послойное травление – равномерное последовательное снятие тонких поверхностных слоёв полупроводника.При- меняют для изучения поверхностных и объёмных дефектов кристаллической структуры подложек и эпитаксиальных слоёв. Используют полирующие травители с малой скоростью травления (менее 0,1 мкм/мин). 6

Изображение слайда
7

Слайд 7

Типы растворения вещества По характеру взаимодействия с веществом химическое травление является реакцией растворения. Различают три типа растворения. 1. Молекулярное растворение – химическая формула растворяемого вещества в исходном состоянии и в растворе полностью идентична. После удаления (испарения) растворителя растворенноё вещество может быть выделено в химически неизменном виде. 2. Ионное растворение – исходное состояние вещества и его состояние в растворе не идентичны. В растворе происходит растворение ионного кристалла на катионы и анионы, которые окружены сольватационными оболочками (например, полярными молекулами воды), которые обеспечивают устойчивость таких растворов. После удаления растворителя растворённоё вещество может быть получено в химически неизменном виде. 3. Реактивное растворение - растворение сопровождается химическим взаимодействием между растворённым веществом и растворителем, в растворе существуют продукты реакции, химически отличные от исходного состояния системы. Удаление остатков растворителя не позволяет получить растворённое вещество в исходном состоянии. 7

Изображение слайда
8

Слайд 8

Кинетика процессов травления Все процессы травления п олупроводниковых материалов являются реактивными. При этом про- цесс травления может быть представлен в виде пяти стадий: 1. Перенос молекул (ионов) травителя из объёма раствора к поверхности полупроводника; 2. Адсорбция молекул травителя на поверхности полупроводника; 3. Кинетическая стадия процесса; 4. Десорбция продуктов реакции с поверхности полупроводника. 5. Удаление продуктов реакции с поверхности полупроводника в объём раствора. 8

Изображение слайда
9

Слайд 9

1. Перенос молекул (ионов) из объёма раствора В начальный момент травления за счёт интенсивной реакции вблизи поверхности пластины полупроводника образуется слой, обедненный молекулами травителя. Это приводит к возникновению градиента концентрации травителя и возникновению диффузионного потока этих молекул к поверхности полупроводника. 9

Изображение слайда
10

Слайд 10

2. Адсорбция молекул травителя На данной стадии молекулы травителя вступают в контакт с поверхностью полупроводника. Этот контакт может являться либо химической адсорбцией, либо физической адсорбцией. В случае химической адсорбции в зависимости от типа поверхности и адсорбированных компонентов между молекулами травителя и поверхностью полупроводника возникают либо силы обменного взаимодействия, либо силы кулоновского притяжения. В случае физической адсорбции молекулы травителя удерживаются на поверхности силами Ван–дер–Ваальса. 10

Изображение слайда
11

Слайд 11

3. Кинетическая стадия процесса. Данная стадия представляет собой собственно химическое взаимодействие адсорбированных молекул травителя с полупровод- ником. Происходит разрыв химических связей между атомами, расположенными в объёме и поверхностными атомами полупроводника с последующим переходом последних в раствор. 11

Изображение слайда
12

Слайд 12

4. Десорбция продуктов реакции В ходе кинетической стадии на поверхности полупроводника накапливаются продукты реакции, которые могут быть химически или физически связаны с ней. Прежде чем перевести их в раствор, необходимо эти связи разрушить. 12

Изображение слайда
13

Слайд 13

5. Удаление продуктов реакции в объём раствора Вблизи поверхности полупроводника накапливаются продукты реакции, концентрация которых в объёме раствора существенно меньше, чем на границе полупроводник – раствор. Возникает градиент концентрации продуктов травления, обусловливающий возникновение диффузионного потока молекул этих продуктов, направленного от поверхности полупроводника в объём раствора. Данная стадия является аналогичной стадии 1 с той лишь разницей, Что происходит диффузионный перенос в объём раствора не молекул травителя, а продуктов его взаимодействия с полуроводником подложки. 13

Изображение слайда
14

Слайд 14

Травление с диффузионным контролем В данном случае скорость процесса травления никак не связана со свойствами поверхности полупроводника. Поэтому травление должно протекать изотропно, независимо от кристаллографического направления, а поверхность полупроводника должна быть гладкой. Травители являются интегральными, а процесс – полирующим. Усилить полирующие свойства травителей можно уменьшением скорости протекания в них диффузионных процессов за счёт увеличения вязкости раствора (путём добавки гликолей, глицерина, поли спиртов), либо за счёт уменьшения температуры раствора. Интенсивное перемешивание раствора, наоборот, снимает диффузионное ограничение и ухудшает полирующие свойства травителя. 14

Изображение слайда
15

Слайд 15

Травление с кинетическим контролем Скорость травления будет различной для плоскостей кристаллов с различной плотностью упаковки атомов, а само травление будет анизотропным. Для полупроводников с алмазоподобной кристаллической решёткой ( Si, Ge ), как правило, наблюдается следующее соотношение скоростей травления: υ (100) > υ (110) > υ (111). Если на поверхности подложки имеются дефекты, то в этих местах происходит локальное увеличение скорости травления. «Дефектное» место растравливается с образованием фигуры (ямки) травления, форма которой определяется кристаллографической ориентацией поверхности подложки. Поэтому в данном случае гладкую поверхность получить не удаётся. Травители с кинетическим контролем называют диф - ференциальными, а процесс травления – селективным. С увеличением времени процесса даже селективные травители проявляют тенденцию к выравниванию поверхности. Кроме того, в начальный момент времени процесса травления отсутствует диффузионное ограничение, т.е. все травители работают селективно. 15

Изображение слайда
16

Слайд 16

Механизмы травления полупроводников При отсутствии электрического поля травление полупроводников в жидких средах может происходить по двум принципиально разным механизмам: - химическому ; - электрохимическому. 16

Изображение слайда
17

Слайд 17

Особенности химического механизма травления При химическом механизме травления на поверхности полупроводника протекают окислительно–восстановительные реакции,обусловленные н епосредственным, чисто химическим взаимодействием молекул травителя с поверхностными атомами. При этом все продукты реакции в виде растворимых комплексов полупроводника образуются в травителе одновременно. Процесс травления полупроводников по данному механизму подчиняется законам химической кинетики гетерогенных реакций. 17

Изображение слайда
18

Слайд 18

Травление кремния в щёлочи Si + 2H 2 O → SiO 2 + 2H 2 ↑; (3 1.1) SiO 2 + xH 2 O → SiO 2 · xH 2 O; (3 1.2) SiO 2 · xH 2 O + 2KOH → K 2 SiO 3 + (x+1)H 2 O. (3 1.3) Процесс травления кремния в щёлочи включает в себя реакции окисления кремния до его диоксида и восстановления воды при нагревании до молекулярного водорода (31.1). Наряду с этими процессами в системе происходит гидратация SiO 2 (31.2) и взаимодействие со щёлочью гидра- тированного SiO 2 с образованием метасиликатов (метасиликата калия) (31.3). 18

Изображение слайда
19

Слайд 19

Особенности электрохимического механизма травления При электрохимическом механизме травления на поверхности полупроводника протекают две сопряжённые реакции: анодного окисления полупроводника и катодного восстановления окислителя. Электрическая связь между анодами и катодами осуществляется через раствор травителя Пример: травление кремния в смеси кислот HNO 3 – HF. 19

Изображение слайда
20

Слайд 20

Анодные реакции На микроанодах поверхности протекает анодная реакция окисления кремния, а также комплексообразование и перевод в раствор атомов кремния в виде устойчивых комплексных анионов. Схема анодной реакции: Si + 2H 2 O + ne + → SiO 2 + 4H+ +(4 – n)e –, (3 1.4) SiO 2 + 6HF → H 2 SiF 6 + 2H 2 O, (3 1.5) где n – эффективная валентность саморастворения кремния (количество ковалентных связей, удерживающих поверхностный атом), которая в зависимости от условий протекания реакции может изменяться от 2 до 4, e + – дырки, e – – электроны. Анодная реакция с опровождается разрывом ковалентных связей поверхностных атомов, при участии дырок, которые создаются при протекании катодной реакции. 20

Изображение слайда
21

Слайд 21

Катодные реакции На микрокатодах поверхности протекает катодная реакция восстановления основного окислителя ( HNO 3 ): HNO 3 + 2H + + 2e – → HNO 2 + H 2 O. (3 1.6) Реакция (31.6) протекает в несколько этапов: HNO 3 + HNO 2 → 2NO 2 + H 2 O; (3 1.7) NO 2 → NO 2 – + e + ; (3 1.8) NO 2 – + H + → HNO 2 (3 1.9) Наименее медленной стадией является реакция (31.7),в ходе которой из молекул HNO 3 регенерируются молекулы диоксида азота NO 2. Для начала реакции необходимо присутствие в растворе некоторого количества молекул азотистой кислоты HNO 2. Затем происходит её накопление в растворе согласно реакции (31.9). В ходе реакции (31.8) происходит генерация дырок за счёт захвата электронов из валентной зоны кремния. Эти дырки затем расходуются в анодном процессе и ответственны за отрыв атомов кремния от поверхности. 21

Изображение слайда
22

Слайд 22

Режимы электрохимического травления В зависимости от самой медленной стадии различают травление под катодным контролем и анодным контролем Катодный контроль. Скорость реакции связана только со стадией восстановления, определяемой интенсивностью доставки молекул окислителя к катодным участкам и не зависит от свойств полупроводника. Катодный контроль яв- ляется полным аналогом диффузионного ограничения реакции. Травители с катодным контролем работают как полирующие. Анодный контроль. Анодный процесс связан с отрывом атомов полупроводника в раствор. Скорость анодной реакции определяется энергией связи поверхностных атомов с решёткой и зависит от плотности упаковки атомов, наличия дефектов, примесей и т.д. Скорость травления при анодном контроле анизотропна. Анодный контроль является аналогом кинетического ограничения. Травители с анодным контролем работают селективно, поэтому подбор их состава в основном определяется свойствами полупроводникового материала. 22

Изображение слайда
23

Слайд 23

Материалы, подвергаемые травлению В качестве материалов, наиболее часто подвергаемых травлению «мокрыми» процессами, выступают различные функциональные слои ИИЭ из: - диоксида кремния ; - алюминия и его сплавов ; вспомогательные технологические слои из: - нитрида кремния ; - фоторезиста. 23

Изображение слайда
24

Слайд 24

Травление слоёв SiO 2 Для химического травления слоев SiO 2 используют, как правило, травители на основе HF. Однако в технологии ИИЭ водные растворы HF используются, как правило, только для процессов открытого травления SiO 2 (полное или частичное удаление слоя SiO 2, удаление с поверхности кремния естественного слоя SiO 2 непосредственно перед нанесением металлизации – т. н. освежение контактов. Это обусловлено интенсивным газовыделением SiF 4, приводящим к отслаиванию маски резиста и искажению геометрии функциональных слоев ИИЭ. Для локального травления функциональных слоев ИИЭ через фоторезистивную маску используют так называемые буферные травители, получаемые добавлением в растворы HF фторида аммония NH 4 F. Травление слоев SiO 2 в буферном тра- вителе описывается следующими реакциями: 6 HF + SiO 2 → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O, (3.10) H 2 SiF 6 + NH 4 F → ( NH 4 ) 2 SiF 6 + HF. (3.11) Добавление NH 4 F к HF увеличивает скорость травления благодаря образованию бифторид ионов HF 2 –, обладающих более высокой реакционной способностью по сравнению с HF. 24

Изображение слайда
25

Слайд 25

Травление нитрида кремния Химическое травление применяют для полного удаления слоев Si 3 N 4 после процессов локального окисления. Для данной целью используют плавиковую и ортофосфорную кислоты либо их смеси. Химические реакции при удалении Si 3 N 4 данными травителями : Si 3 N 4 + 18HF → H 2 SiF 6 + 2(NH 4 ) 2 SiF 6, (3.1 2 ) 3Si 3 N 4 + 27H 2 O + H 3 PO 4 → 4(NH 4 ) 3 PO 4 + 9H 2 SiO 3. (3.13) 25

Изображение слайда
26

Слайд 26

Травление плёнок алюминия Жидкостное химическое травление алюминиевых слоев осуществляют, как правило, в травителе, состоящем из концентрированной азотной, ортофосфорной, уксусной кислоты и воды. Процесс травления состоит из двух стадий - формирования Al 3+ и образования AlPO 4 согласно схеме: (3.19) Вода в ортофосфорной кислоте препятствует растворению Al 2 O 3 и способствует растворению AlPO 4. Скорость процесса ограничена скоростью растворения Al 2 O 3 в H 3 PO 4. В качестве конечных продуктов реакции выделяется газ, состоящий из смеси H 2, NO и NO 2. 26

Изображение слайда
27

Слайд 27

Жидкостное удаление фоторезиста Выбор метода снятия резиста и параметров процесса определяется исходя из следующих факторов: 1) чувствительности поверхности нижележащего слоя к воздействию растворителя (окисление, коррозия, загрязнение ионами, полное растворение); 2) стоимости удаления; 3) типа резиста; 4) предшествующей последовательности операций формирования слоя резиста, включая характеристики нижележащего слоя, параметры термообработки после экспонирования, задубливания, трав- ления, ионной имплантации. 27

Изображение слайда
28

Слайд 28

Удаление фоторезиста в кислотных составах На стадиях формирования активной структуры ИИЭ в фотолитографическом процессе участвуют химически неактивные слои: моно -Si, SiO 2, Si 3 N 4, пол и Si. Для снятия фоторезиста в данном случае используют кислотные составы. Кислотные составы для удаления фоторезиста, содержат сильные кислоты и сильные окислители, преобразуют полимерную пленку фоторезиста в эмульгированную или растворимую форму. Наиболее широкое распространение для снятия фоторезиста получила смесь H 2 SO 4 и H 2 O 2 (10:1) - травитель КАРО. Механизм удаления фоторезиста в смеси КАРО аналогичен механизму удаления органи - ческих загрязнений. 28

Изображение слайда
29

Слайд 29

Удаление фоторезиста в кислотных растворителях На заключительных стадиях изготовления ИИЭ (формирование металлических слоев, вскрытие контактных окон в межслойном диэлектрике и пассивирующем покрытии) использование кислотных составов неприемлемо. Для снятия фоторезиста на данных этапах используют органические растворители. Как правило, в данных случаях фоторезист снимают в растворе диметилформамида при температуре 130 –150 °С. Недостатки использование органических растворителей : - высокая стоимость растворителей, - необходимость сбора и обезвреживания отходов, - высокая взрыво– и п ожароопасность, - высокая токсичность. 29

Изображение слайда
30

Слайд 30

Недостатки жидкостного химического травления – капиллярные процессы в тонких щелях и проколах; – проблемы адгезии фоторезистивных масок и их стойкости к травителям; – ускоренный характер травления по границам зерен; – необходимость применения различных травителей для травления многослойных и многоуровневых структур; – трудность контроля в процессе травления. 30

Изображение слайда
31

Слайд 31

31 МЕТОДЫ СУХОГО ТРАВЛЕНИЯ ИОННОЕ ТРАВЛЕНИЕ ИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ (ПХТ) ИОННО-ПЛАЗМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ (ИПТ) ИОННО-ЛУЧЕВОЕ ТРАВЛЕНИЕ (ИЛТ) РЕАКТИВНОЕ ИЛТ РЕАКТИВНОЕ ИПТ ПЛАЗМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ РАДИКАЛЬНОЕ ТРАВЛЕНИЕ С ФОКУСИРОВКОЙ И БЕЗ ФОКУСИРОВКИ ИОННОГО ЛУЧА С КОМПЕНСАЦИЕЙ И БЕЗ КОМПЕНСАЦИИ ОБЪЁМНОГО ЗАРЯДА

Изображение слайда
32

Слайд 32

Особенности ионного травления При ионном травлении для удаления материала используется кинетическая энергия ионов инертных газов, т.е. имеет место физическое распыление материала ионами. Ионно–плазменное травление (ИПТ) образцы помещаются на отрицательный электрод разрядного устройства и подвергаются бомбардировке ионами, вытягиваемыми из плазмы. Ионно–лучевое травление (ИЛТ), образцы являются мишенью, бомбардируемой ионами, вытягиваемыми из автономного ионного источника. 32

Изображение слайда
33

Слайд 33

Ионное распыление 33 При распылении вещества 3 ион 1 передает импульс энер-гии атому распыляемого вещества, который передает импульс другим атомам, образуя каскад столкновений. Если поверхностный атом 2 распыляемого вещества 3 получит достаточный для разрыва связи с соседними атомами им-пульс энергии, направленный от поверхности, то он поки-дает ее. 1 – ион, 2 – поверхностный атом, 3 – распыляемое вещество

Изображение слайда
34

Слайд 34

Коэффициент распыления Эффективность процесса ионного распыления характеризуется коэффициентом распыления, который определяется числом удаленных частиц распыляемого вещества, приходящихся на один ион: 34 S – коэффициент распыления, к – константа, учитывающая состояние поверхности, m I, m A – масса иона и атома мишени, E I – энергия первичного иона, θ – угол между направлением движения иона и нормалью к поверхности, λ – средняя длина пробега иона в мишени: d I,A – диаметр столкновения иона и атома, n 0 – концентра-ция атомов мишени.

Изображение слайда
35

Слайд 35

Зависимость коэффициента распыления от энергии ионов 35 I – область энергий, где распыления отсутствует;   II - область распыления; III - область энергий, где преимущественно имеет место имплантация

Изображение слайда
36

Слайд 36

Особенности ионно-химического травления При ионно–химическом травлении используется как кинетическая энергия ионов химически активных газов, так и энергия их химических реакций с атомами или молекулами материала. 36

Изображение слайда
37

Слайд 37

Особенности плазмохимического травления При ПХТ для удаления материала используется энергия химических реакций между ионами и радикалами активного газа и атомами (или молекулами) обрабатываемого вещества с образованием стабильных летучих соединений. В зависимости от среды, в которую помещаются образцы, (ПХТ) подразделяется на: – Плазменное травление : образцы помещаются в плазму химически активных газов; – Радикальное травление : образцы помещаются в вакуумную камеру, отделенную от химически активной плазмы перфорированными металлическими экранами, или электрическими или магнитными полями, а травление осуществляется химически активными частицами (свободными атомами и радикалами), поступаюшими из плазмы. 37

Изображение слайда
38

Слайд 38

Реактор для плазменного травления с емкостным разрядом 38

Изображение слайда
39

Слайд 39

Схема ПХТ с индукционным (разрядом) 39 1 - кварцевый реак-тор; 2-коллектор для подачи газа; 3 – перфорированный корпус; 4 – подлож- ки; 5 - крышка ; 6 – ВЧ - индуктор; 7 - откачной патрубок

Изображение слайда
40

Слайд 40

Процессы, протекающие в плазме Процессы, протекающие в плазме очень сложны и состоят из элементарных реакций между следующими частицами: - электронами и молекулами; - электронами и радикалами; - электронами и ионами; - ионами и молекулами; - ионами и ионами. 40

Изображение слайда
41

Слайд 41

Явления в газовых разрядах Возникновение ионов, атомов, радикалов Простая ионизация: Ar + e → Ar + + 2e ; O 2 + e → O 2 + + 2e; Диссоциативная ионизация : CF 4 +e → CF 3 + + F + 2e ; Диссоциативная ионизация с прилипанием : CF 4 +e → CF 3 + + F - + e ; Молекулярная диссоциация: O 2 + e → 2O + e → O + O - ; CF 3 Cl + e → CF 3 + Cl + e ; C 2 F 6 + e2 → CF 3 +e. Потеря электронов Диссоциативная рекомбинация : e + O 2 → 2O ; Диссоциативное прилипание : e + CF 4 → CF 3 + + F -. 41

Изображение слайда
42

Слайд 42

Кинетика ПХТ В общем случае кинетика состоит из следующих стадий: 1. Доставка молекул активного газа в зону разряда; 2. Превращение этих молекул в активные радикалы; 3. Доставка радикалов к поверхности обрабатываемых материалов; 4. Взаимодействие радикалов с активными центрами обрабатываемого материала; 4.1 Адсорбция радикалов на поверхности; 4.2 Химическая реакция; 4.3 Десорбция продуктов реакции; 5. Удаление продуктов реакции из разрядной камеры. 42

Изображение слайда
43

Слайд 43

Основные параметры процессов травления Скорость травления Равномерность травления Селективность травления Анизотропия травления 43

Изображение слайда
44

Слайд 44

Скорость травления 44 d 0 - исходная толщина слоя; d 1 - конечная толщина слоя; t - время травления.

Изображение слайда
45

Слайд 45

Равномерность травления Скорость травления, как правило, неоднородна по площади пластины и лежит в пределах, где υ f - средняя скорость травления, φ f – безразмерный параметр. С учетом неравномерности толщины удаляемого слоя общее время, необходимое для полного его вытравливания должно составлять:             , где h f – средняя толщина удаляемого слоя, δ – неоднородность толщины. 45

Изображение слайда
46

Слайд 46

Селективность травления На практике все материалы, контактирующие с травителем, характеризуются конечным временем травления. Селективность (избирательность ) – отношение скоростей травления различных материалов. 46

Изображение слайда
47

Слайд 47

Анизотропия травления Анизоторопия - разность скоростей травления в вертикальном и горизонтальном направлениях. Степень анизотропии :, где υ L и υ V – скорости травления в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно. 47 Полностью анизотропное травление (A=1) Полностью изотропное травление (A=0)

Изображение слайда
48

Слайд 48

Сравнительные характеристики методов сухого травления 48 Параметр процесса ИТ ИХТ ПХТ Скорость травления низкая средняя высокая Равномерность процесса низкая средняя высокая Селективность низкая средняя высокая Анизотропность высокая средняя низкая

Изображение слайда
49

Слайд 49

Пути повышения анизотропии ПХТ 49 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.

Изображение слайда
50

Слайд 50

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. 50

Изображение слайда
51

Слайд 51

Формирование пассивирующего слоя на боковых стенках Определенные газы (например, CHF 3, CClF 3 ) или смесигазов (CF 4 -H 2 ) распадаются в плазме, образуя элементы с ненасыщенными связями и радикалы, способные к полимеризации. Эти элементы, в заимодействуя 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 51

Изображение слайда
52

Слайд 52

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. 52

Изображение слайда
53

Слайд 53

Травление кремния Плазмохимическое травление кремния осуществляют во фторсодержащей плазме. Атомы фтора реагируют с кремнием n и p типа проводимости, а также с SiO 2 и Si 3 N 4, образуя летучие соединения. В качестве источников фтора могут служить молекулы: F 2, CF 4, C 2 F 6, C 3 F 8, SF 6, SiF 4, NF 3, ClF 3, 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 SiF 2 и SiF 4. Для улучшения эффективности процесса в плазму добавляют кислород, который в атомарном состоянии окисляет углерод до СО и СО 2. 53

Изображение слайда
54

Слайд 54

ПХТ слоёв SiO 2 Используемые газы: C 3 F 8, CHF 3, O 2, He. C 3 F 8 д иссоциирует, образуя химически активные радикалы CFX, а также атомарный фтор: C 3 F 8 + e → 2CFX + 2F + e. Радикалы CFX (главным образом CF3 + ) взаимодействуют с SiO 2 с образованием таких летучих продуктов, как SiF 4, CO, CO 2, COF 2 : CFX + SiO 2 → SiF 4 + (CO, CO2 COF 2 ). Кислород способствует лучшему удалению из зоны травления нелетучих углеродсодержащих соединений за счет образования таких газов, как COF 2, CO и CO 2. CHF 3 при диссоциации образует радикалы CF 3 +, а также атомарный водород, связывающий атомы фтора: CHF 3 → CF 3 + + H, H + F → HF. При добавлении в газовую смесь CHF 3 происходит увеличение скорости травления SiO 2 за счет увеличения концентрации радикалов CF 3 + и уменьшения скорости травления чистого кремния из-за уменьшения концентрации атомов фтора. Это позволяет обеспечить селективность травления SiO 2 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. 54

Изображение слайда
55

Слайд 55

ПХТ слоёв Si 3 N 4 Используемые газы: SF 6, He. Травление осуществляется атомами фтора, которые освобождаются в плазме гексафторида серы. Поскольку атомы фтора быстрее вступают в реакцию с Si 3 N 4, чем с SiO 2, то данный процесс характеризуется селективностью травления Si 3 N 4 по отношению к SiO 2. Добавка гелия выполняет функцию хладоагента. 55

Изображение слайда
56

Слайд 56

ПХТ алюминия Используемые газы: BCl 3, Cl 2, SiCl 4, He. Травление алюминия осуществляется в плазмообразующей смеси BCl 3 + Cl 2 согласно схеме: Al 2 O 3 + 12 эВ → разрушение решетки; 2 Al 2 O 3 + 6 Cl 2 → 4 AlCl 3(тв.) + 3 O 2(газ.) ; Al – Al > 6 эВ → разрушение решетки; Al (тв.) + 3 Cl → AlCl 3(тв.) ; AlCl 3(тв.) → Al 2 Cl 6(газ.). Таким образом, чистый хлор обеспечивает удаление оксида алюминия, который всегда содержится на поверхности пленки а люминия, а также по границам кристаллических зерен. 56

Изображение слайда
57

Слайд 57

Улучшение эффективности удаления Al 2 O 3 Процесс травления проводится в две стадии: - первые 60 секунд процесса ( индукционный период ) происходят при более высокой мощности. Это обусловливает увеличение ионной составляющей плазмы и дополнительное травление поверхности пленки физическим распылением, характеризующимся малой селективностью травления Al по отношению к Al 2 O 3. - вторая стадия ( травление слоя ) проводится с уменьшенной мощностью для более высокой селективности процесса 57

Изображение слайда
58

Слайд 58

Анизотропия процесса Добавка в газовую смесь SiCl 4 производится для исключения бокового подтравливания под маску фоторезиста. После разложения в плазме SiCl 4 образуются атомы хлора, участвующие в реакции травления Al, а освободившийся кремний осаждается на боковых стенках и дне канавки травления. Осажденный кремний удаляется со дна канавки бомбардировкой положительными ионами, в то время как на боковых стенках этого не происходит из–за малого угла их падения. Таким образом, кремний, осажденный на боковых стенках, блокирует реакцию с алюминием, поскольку не образует в плазме летучих соединений с хлором 58

Изображение слайда
59

Слайд 59

Удаление фоторезиста Основным газом для «сухого» удаления резиста в плазме является кислород. При микроволновом возбуждении кислорода образуются различные нейтральные и заряженные частицы: O 3, O +, O 2+, O –, O 2–, атомарный кислород и синглетный кислород. Физическая химия процесса сравнима с химией горения с образованием летучих соединений ( CO 2, CO, H 2 O и радикалов ). Для стабилизации кислородной плазмы в нее обычно добавляют инертный газ. 59

Изображение слайда
60

Последний слайд презентации: ТРАВЛЕНИЕ

Недостатки «сухих» методов удаления материалов 1) осаждение полимеров на поверхности подложек; 2) радиационные повреждения, приводящие к образованию дефектов кристаллической структуру и изменению параметров ИС; 3) загрязнение поверхности подложек примесями, содержащимися в конструктивных элементах реактора и полимерах, осажденных на его внутренних поверхностях. 60

Изображение слайда