Кремний
Основные частицы, активные в
травлении кремния - атомы фтора и радикалы SF5 (вклад последних в
скорость травления составляет около 30%). Скорость травления при всех
условиях и составах плазмы прямо пропорциональна концентрациям атомов
фтора при прочих равных условиях и увеличивается с ростом потока ионов
и разности потенциалов поверхности и плазмы при одинаковых
концентрациях атомов. При низких давлениях и частоте поля, когда
потенциал смещения образца относительно плазмы велик и велики энергии
ионов (~ 100 эВ) скорость травления пропорциональна потоку ионов, как
это отмечалось и при ионно-стимулированном травлении. Однако в плазме
этот эффект вуалируется другими - переосаждением распыляемых ионами
материалов электродов и стенок на поверхность образцов, пассивирующих
ее и снижающих скорость травления. Такое же влияние оказывает окисление
поверхности кремния атомами, образующимися за счет диссоциации молекул кислорода (из-за малой неконтролируемой примеси в плазмообразующем газе, натекания атмосферы или контролируемых добавок). Основной продукт травления в газовой фазе SiF4 (насыщенный фторид), испаряющийся с поверхности, и SiF2 , имеющий повышенные энергии и десорбирующийся вследствие ионной бомбардировки. Пассивация поверхности за счет перечисленных выше частиц, а также атомов хлора в хлорсодержащей плазме, обеспечивает анизотропию травления вследствие ионной бомбардировки, увеличивающуюся по мере увеличения энергии ионов (низкое давление, низкая частота поля, наложение дополнительного смещения потенциалов от независимого источника или самосмещение). Однако по мере увеличения анизотропии увеличивается и опасность ухудшения качества поверхности после травления - нарушенная структура, состав, встроенный поверхностный заряд и др.
Вследствие высокой летучести SiF4 толщина фторированного слоя на поверхности травления мала (~ 1 нм) и состоит из ненасыщенных фторидов SiFx (х = 1 - 3), что свидетельствует о последовательном протекании реакций фторирования за счет присоединения атомов фтора.
Скорости травления увеличиваются по мере увеличения давления газа и мощности разряда. При больших площадях поверхности экспонируемых образцов наблюдается изменение состава плазмы за счет больших потоков продуктов, а также обеднения плазмы активными частицами. Это приводит к так называемому эффекту большой загрузки - снижению скорости травления с увеличением площади образцов.
В хлорсодержащей плазме, как и при ионно-стимулированном травлении, травление происходит только за счет ионной бомбардировки и наблюдается высокая анизотропия при низких скоростях травления. При использовании фтор-хлорсодержащей плазмы анизотропия за счет пассивации хлором сохраняется, а скорость травления увеличивается за счет бомбардировки атомарным фтором. Скорость травления легированного кремния зависит также от степени и типа его легирования.
Плазменные процессы анизотропного и глубокого травления кремния являются одними из основных в технологии микросистем. Для формирования канавок в кремнии с высоким аспектным соотношением (A>20), которые необходимы при создании, например, микроактюраторов, микрогироскопов, процессы травления осуществляются в реакторах высокоплотной фторсодержащей (обычно SF6+C4F8) плазмы ВЧ индукционного разряда в режиме прерывания расходов газов. В таком режиме, когда процесс осуществляется попеременно при низкой и высокой концентрации SF6 в смеси, достигается высокая скорость травления канавок с вертикальными стенками. При низкой концентрации SF6 - периоде пассивации - происходит осаждение фторуглеродной пленки на дно и боковую стенку канавки, а при высокой концентрации SF6 - быстрый унос материала, в основном, со дна канавки. При этом достигается высокая анизотропия травления. Характеристики процесса зависят от многих параметров - давления, мощности, потенциала ВЧ смещения, расходов газа, состава SF6/C4F8 смеси, температуры подложки, отношения длительности времен пассивации и травления, организации процесса.
Процесс характеризуется разной скоростью травления узких и широких канавок и замедлением скокрости травления канавки во времени. Такой апертурный эффект появляется в широком диапазоне параметров и обусловлен различными механизмами. С увеличением глубины канавки изменяются условия доставки химически активных реагентов, ионов и радикалов на дно и стенки канавки, что ведет к замедлению во времени скорости травления, возникновению различного рода нарушений анизотропности травления. Это такие эффекты, как локальное травление боковой стенки или возникновение отрицательного угла наклона боковых стенок в широких канавках. Для предотвращения этих эффектов необходимо в течение времени травления изменять параметры процесса.
поверхности кремния атомами, образующимися за счет диссоциации молекул кислорода (из-за малой неконтролируемой примеси в плазмообразующем газе, натекания атмосферы или контролируемых добавок). Основной продукт травления в газовой фазе SiF4 (насыщенный фторид), испаряющийся с поверхности, и SiF2 , имеющий повышенные энергии и десорбирующийся вследствие ионной бомбардировки. Пассивация поверхности за счет перечисленных выше частиц, а также атомов хлора в хлорсодержащей плазме, обеспечивает анизотропию травления вследствие ионной бомбардировки, увеличивающуюся по мере увеличения энергии ионов (низкое давление, низкая частота поля, наложение дополнительного смещения потенциалов от независимого источника или самосмещение). Однако по мере увеличения анизотропии увеличивается и опасность ухудшения качества поверхности после травления - нарушенная структура, состав, встроенный поверхностный заряд и др.
Вследствие высокой летучести SiF4 толщина фторированного слоя на поверхности травления мала (~ 1 нм) и состоит из ненасыщенных фторидов SiFx (х = 1 - 3), что свидетельствует о последовательном протекании реакций фторирования за счет присоединения атомов фтора.
Скорости травления увеличиваются по мере увеличения давления газа и мощности разряда. При больших площадях поверхности экспонируемых образцов наблюдается изменение состава плазмы за счет больших потоков продуктов, а также обеднения плазмы активными частицами. Это приводит к так называемому эффекту большой загрузки - снижению скорости травления с увеличением площади образцов.
В хлорсодержащей плазме, как и при ионно-стимулированном травлении, травление происходит только за счет ионной бомбардировки и наблюдается высокая анизотропия при низких скоростях травления. При использовании фтор-хлорсодержащей плазмы анизотропия за счет пассивации хлором сохраняется, а скорость травления увеличивается за счет бомбардировки атомарным фтором. Скорость травления легированного кремния зависит также от степени и типа его легирования.
Плазменные процессы анизотропного и глубокого травления кремния являются одними из основных в технологии микросистем. Для формирования канавок в кремнии с высоким аспектным соотношением (A>20), которые необходимы при создании, например, микроактюраторов, микрогироскопов, процессы травления осуществляются в реакторах высокоплотной фторсодержащей (обычно SF6+C4F8) плазмы ВЧ индукционного разряда в режиме прерывания расходов газов. В таком режиме, когда процесс осуществляется попеременно при низкой и высокой концентрации SF6 в смеси, достигается высокая скорость травления канавок с вертикальными стенками. При низкой концентрации SF6 - периоде пассивации - происходит осаждение фторуглеродной пленки на дно и боковую стенку канавки, а при высокой концентрации SF6 - быстрый унос материала, в основном, со дна канавки. При этом достигается высокая анизотропия травления. Характеристики процесса зависят от многих параметров - давления, мощности, потенциала ВЧ смещения, расходов газа, состава SF6/C4F8 смеси, температуры подложки, отношения длительности времен пассивации и травления, организации процесса.
Процесс характеризуется разной скоростью травления узких и широких канавок и замедлением скокрости травления канавки во времени. Такой апертурный эффект появляется в широком диапазоне параметров и обусловлен различными механизмами. С увеличением глубины канавки изменяются условия доставки химически активных реагентов, ионов и радикалов на дно и стенки канавки, что ведет к замедлению во времени скорости травления, возникновению различного рода нарушений анизотропности травления. Это такие эффекты, как локальное травление боковой стенки или возникновение отрицательного угла наклона боковых стенок в широких канавках. Для предотвращения этих эффектов необходимо в течение времени травления изменять параметры процесса.