плазменные технологии в микроэлектронике. часть 2. особенности радикального травления полупроводниковых материалов в галогенсодержащей
1. 1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Часть 2
Особенности радикального травления
полупроводниковых материалов
в галогенсодержащей плазме
Учебно-методическое пособие для вузов
Воронеж
Издательский дом ВГУ
2014
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. 2
Утверждено научно-методическим советом физического факультета 24 ап-
реля 2014 г., протокол № 4
Составители: Л.Н. Владимирова, Ю.И. Дикарев, В.М. Рубинштейн,
В.И. Петраков
Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Терехов
Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре физики полупро-
водников и микроэлектроники физического факультета Воронежского го-
сударственного университета.
Рекомендуется для студентов 3-го курса дневного отделения физического
факультета, обучающихся по программе подготовки бакалавров.
Для направлений: 210100 – Электроника и микроэлектроника, 011800 – Ра-
диофизика (профиль подготовки – Микроэлектроника и полупроводнико-
вые приборы)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. 3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение................................................................................................................. 4
1. Теоретическая часть.......................................................................................... 5
1.1. Элементарные процессы и реакции в плазме под действием
электронного удара................................................................................ 5
1.1.1. Механизмы генерации химически активных частиц................ 5
1.1.2. Рекомбинация химически активных частиц .............................. 7
1.1.3. Уравнение непрерывности и его решение
для химически активных частиц в разрядной зоне................. 11
1.2. Определение времени жизни, диффузионной длины
и коэффициента диффузии химически активных частиц
при радикальном травлении ............................................................... 13
2. Экспериментальная часть............................................................................... 16
2.1. Экспериментальная установка ........................................................... 16
2.2. Методика эксперимента ...................................................................... 17
Контрольные вопросы ........................................................................................ 19
Литература ........................................................................................................... 19
Приложение ......................................................................................................... 20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. 4
ВВЕДЕНИЕ
Плазмохимическое травление (ПХТ) является одним из важнейших
технологических процессов, применяемых в производстве ИМС. Наиболее
перспективной разновидностью ПХТ является травление химически актив-
ными частицами (ХАЧ) – свободными атомами и радикалами. Оно называ-
ется радикальным травлением (РТ). При РТ ХАЧ образуются в плазменном
разряде и при помощи диффузии, газового потока и конвекции транспорти-
руются в реакционную зону, экранированную от воздействия заряженных
частиц, а иногда и УФ-излучения при помощи перфорированных металли-
ческих экранов, магнитных полей и других способов разделения реакцион-
ной и разрядной зон.
По сравнению с другими, более жесткими разновидностями плазмен-
ного травления, РТ обладает такими преимуществами, как более низкая тем-
пература обрабатываемых подложек, возможность достижения более высо-
ких параметров селективности травления различных материалов, широкое
использование фоторезистов, отсутствие ионной бомбардировки и т.д.
Следует учитывать, что РТ обеспечивается только химической реак-
цией между активными частицами и атомами обрабатываемого материала,
поэтому его основным недостатком является изотропность, т.е. равенство
скорости травления по нормали к поверхности и скорости бокового под-
травливания.
Для разработки технологических процессов и оборудования для РТ
необходимо учитывать такой важный кинетический параметр радикального
травления, как время жизни ХАЧ (τхач).
Целью данной работы является изучение особенностей радикального
травления и измерение времени жизни ХАЧ, участвующих в таком процессе.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. 5
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Элементарные процессы и реакции в плазме
под действием электронного удара
1.1.1. Механизмы генерации химически активных частиц
Плазма пониженного давления является интересным объектом, изу-
чаемым физикой газового разряда. К плазме можно отнести ионизирован-
ный газ, в котором отсутствует сколь-нибудь заметное разделение разно-
именных зарядов, т.е. плазма электронейтральна в каждом своем малом
объеме. Для плазменной среды характерен столкновительный характер
взаимодействия частиц друг с другом, в результате чего реализуются такие
элементарные акты взаимодействия, как возбуждение, ионизация, диссо-
циация и др.
В газоразрядной плазме низкого давления ХАЧ образуются в результа-
те процессов, которые условно можно разделить на четыре группы: реакции
под действием электронного удара; реакции при неупругих столкновениях
между тяжелыми частицами; гетерогенные реакции; реакции под действием
излучения плазмы (табл. 1).
Основным механизмом образования ХАЧ в низкотемпературной плаз-
ме является диссоциация молекул рабочего газа под действием электронно-
го удара. В результате диссоциации образуются валентно ненасыщенные
частицы – свободные радикалы. Эти частицы характеризуются наличием
неспаренных электронов и обладают чрезвычайно высокой химической ак-
тивностью. Для обозначения радикалов используют точку, означающую не-
спаренный электрон (Сl*, Вr*, F*, Н*, Na* и др.).
Механизмом, наиболее часто приводящим к образованию радикалов,
является отщепление атомов водорода, галогенов, серы и кислорода из со-
единений. Отщеплен может быть более чем один атом,
CF4 + e → CF2
••
+ F2 + e, (1.1)
или может быть разорван скелет молекулы с образованием сложных ради-
калов
C2F6 + е → CF3* + CF3*+ е. (1.2)
Диссоциация возможна как через электронные состояния, лежащие
выше предела диссоциации, с распадом на нейтральные фрагменты, так и с
образованием положительных или отрицательных ионов в результате дис-
социативной ионизации или диссоциативного прилипания электрона к мо-
лекуле. Рассмотрим реакции диссоциации на примере молекулы CF4:
CF4 + е → CF3
•
+ F•
+ е, (1.3)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. 6
CF4 + е → CF4
+
+ F•
+ 2е, (1.4)
CF4 + e → CF3
•
+ F–
. (1.5)
Таблица 1.1
Типы реакций, протекающих в плазме
Тип реакции Схема
Реакции под действием электронного удара (е)
Возбуждение
Диссоциативное прилипание
Диссоциация
Ионизация
Диссоциативная ионизация
АВ + е → АВ* + е
АВ + е → АВ*→А*
+ В
АВ* → А *
+ В*
+ e
АВ + е → АВ* → А + В + е
АВ + е → АВ*
+ 2е
АВ + е → А*
+ В + 2е
Реакции при неупругих столкновениях между тяжелыми частицами
Диссоциация Пеннинга
Ионизация Пеннинга
Перезарядка
Ионизация при столкновении
Ион-атомная рекомбинация
Ион-ионная рекомбинация
Электрон-ионная рекомбинация
Атомная рекомбинация
Атомный перезахват
Атомное дополнение
М* + А2 → 2А + М
М* + А2 → А2
+
+ М + е
М+
+ А2 → А + М
М–
+ А2 → А2
–
+ М
М + А2 → А2
+
+ М + е
А–
+ А → А2 + е
М–
+ А2
+
→ А2 + М
М–
+ А → 2А + М
е + А2
+
→ 2А
е + А2
+
+ М → А2 + М
2А + М → А2 + М
А + ВС → АВ + С
А + ВС + М → ABC + М
Гетерогенные реакции (Rn – поверхность твердого тела)
Атомная рекомбинация
Стабилизация частиц
Распыление
Rn – A + A → S + A2
Rn – B + A → S + AB
Rn + А* → S + А
Rn + АВ* → S + АВ
Rn – А + М+
→ S + А + М
Реакции под действием излучения плазмы (hv)
Диссоциация
Ионизация
Возбуждение
АВ + hv → А + В
АВ + hv → А+
+ В–
АВ + hv → АВ*
Наличие в плазме ВЧ-разряда F•
, CF3
•
, CF3
+
и F–
подтверждает, что
могут иметь место все указанные выше каналы диссоциации. Однако экспе-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. 7
риментальные данные показывают, что более 75 % диссоциирующих моле-
кул распадаются на радикалы CF3
•
и F•
по схеме (1.3).
В газоразрядной плазме сильно электроотрицательных газов (SF6,
ССl4 и др.) диссоциативное прилипание может стать основным каналом об-
разования ХАЧ:
SF6 + е → (SF6
–
)* → SF5
¯
+ F•
, (1.6)
SF6 + е → (SF6
–
)* → SF5*+ F–
. (1.7)
Диссоциативным прилипанием электрона к молекуле CF4 в плазме,
которая обычно используется для РТ, можно пренебречь. Этот механизм
вносит заметный вклад в диссоциацию молекулы CF4 лишь при очень ма-
лой мощности разрядов.
Малый вклад диссоциативной ионизации, приводящей к образованию
положительных ионов и радикалов по схеме (1.4), связан с тем, что средняя
энергия электронов в разряде Еэ (3–6 эВ) значительно ниже пороговой энер-
гии ионизации ( ) молекул рабочего газа. Для молекул CF4 = 16 эВ,
а максимум сечения процесса σmax(Еэ) наблюдается при значениях Еэ.max =
= 70 эВ. Поэтому можно считать, что в ВЧ-разрядах CF4 основным каналом
генерации радикалов F* является диссоциация молекул по схеме (1.3) и,
следовательно,
, (1.8)
Где ,•
F
G GCF
3
• – скорости генерации радикалов F* и CF3* в зоне разряда; nэ,
nCF4
– концентрации электронов и молекул CF4 в плазменной зоне реактора;
k1– константа скорости реакции (1.3), определяемая выражением
(1.9)
Здесь тэ – масса электрона;
пор
дисE – пороговая энергия диссоциации;
σдис(Еэ) – сечение диссоциации; fэ(Eэ) – функция распределения электронов
по энергиям.
1.1.2. Рекомбинация химически активных частиц
В результате столкновений радикалов с различными частицами плаз-
мы происходит их дезактивация в процессах рекомбинации. Причем для
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. 8
простейших радикалов эффективность рекомбинации близка к единице, т.е.
почти каждое столкновение приводит к дезактивации. Для сложных ради-
калов эффективность рекомбинации падает из-за возможности перераспре-
деления внутренней энергии по связям.
Рекомбинация радикалов осуществляется как в гетерогенных процессах
CF3
•
+ F•
+ Rn → CF4* + Rn, (1.10)
F•
+ F•
+ Rn → F2
•
+ Rn, (1.11)
CF3
•
+ CF3
•
+ Rn → C2F6* + Rn, (1.12)
так и в гомогенных
CF3
•
+ F•
+ M → CF4* + M, (1.13)
F•
+ F•
+ M → F2* + M, (1.14)
CF3
•
+ CF3
•
+ M → C2F6* + M, (1.15)
где M – третья частица, роль которой обычно играет молекула плазмообра-
зующего газа, в данном случае CF4; Rn – поверхность твердого тела (стенки
реактора, электроды и т.п.).
В плазме CF4 без добавок О2 количество образующегося C2F6 очень
мало, поэтому реакциями (1.12) и (1.15) можно пренебречь.
Скорость гибели ХАЧ в единице объема реактора за счет процессов
гомогенной рекомбинации (Rгом) можно записать в виде
= ,
(1.16)
= .
(1.17)
Скорость восстановления молекул CF4:
, (1.18)
где k2 и k3 – константы скоростей реакций; nF, nCF•3
, nM – концентрация F•
,
CF3
•
и «тушащих» частиц М.
Рекомбинация фтора по механизмам (1.10) и (1.13) более вероятна,
чем по механизму (1.11) и (1.14). Вероятность реакции (1.10) возрастает с
понижением давления, а реакции (1.13) – с повышением.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. 9
Реакция (1.13) протекает в две стадии. На первой стадии из-за пере-
распределения энергии взаимодействия по связям образуется короткожи-
вущая возбужденная частица CF4
*
по схеме
CF3
•
+ F•
→ CF4*, (1.19)
на второй стадии избыточное количество энергии передается третьей час-
тице М с образованием стабильной молекулы CF4:
CF4
•
+ М → CF4 + М. (1.20)
Если CF4
*
не сталкивается с третьей частицей М, то происходит ее распад:
CF4
*
→ CF3
•
+ F•
. (1.21)
Скорость рекомбинации атомов фтора и радикалов CF3
•
по механизму
(1.13) можно выразить следующим образом:
, (1.22)
где – собственно диаметры,
молекулярные (атомные) массы и стационарные концентрации радикалов
CF3
•
и атомов F•
; ТХАЧ – температура атомов фтора и радикалов CF3
•
, кото-
рая в первом приближении равна температуре молекул CF4; R0 – газовая по-
стоянная.
Так как , то
в выражении (1.22) независимыми остаются только концентрации nF• и nCF3•.
Если начальная концентрация молекул CF4 в плазмохимическом реакторе
равна nмн, а концентрация молекул CF4 в плазме разряда –nмн, то
, (1.23)
где nХАЧ – концентрация ХАЧ в плазме.
Подставив (1.23) в (1.22) и проведя вычисления, получим
. (1.24)
Процессы диссоциации молекул CF4 и рекомбинации атомов F•
с ра-
дикалами CF3
•
в плазме разряда со временем приходят в равновесие, по-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. 10
этому, приравняв выражение для скорости генерации и рекомбинации для
CF3
•
и F•
, получим
, (1.25)
где В = (ne / TХАЧ
1 / 2
)(220Te
1 / 2
+ 3,05 · 10–3
Te
3 / 2
)exp(–1,45 · 10–5
/ Te).
Определив температуру и концентрацию электронов а плазме, а также
температуру газа в реакторе, можно по формуле (1.25) вычислить ста-
ционарные концентрации молекул CF4, атомов F•
и радикалов CF3
•
в плазме
разряда.
Приведенная методика расчета стационарной концентрации ХАЧ в
плазменной зоне реактора проведена для случая, когда скорость гибели
ХАЧ определяется процессом гомогенной рекомбинации.
Однако основным каналом гибели ХАЧ может быть и гетерогенная
рекомбинация на стенках и поверхностях реактора. Этот процесс состоит из
двух стадий: диффузии ХАЧ к стенкам реактора и захвата ХАЧ стенками.
Наиболее медленная из этих стадий определяет скорость гетерогенной ре-
комбинации. Если лимитирующей стадией является диффузия, то гетеро-
генная рекомбинация называется диффузионной и ее скорость характери-
зуется скоростью диффузии ХАЧ к стенкам реактора, а если лимитирует
процесс реакция взаимодействия с поверхностью, то такая стадия называ-
ется кинетической.
При кинетической гетерогенной рекомбинации вероятность взаимо-
действия ХАЧ с поверхностью α < 10–3
, поэтому пХАЧ в плазменной зоне
стационарна и не зависит от времени.
Скорость гетерогенной рекомбинации ХАЧ равна произведению чис-
ла ХАЧ, ударяющихся о поверхность, на вероятность их взаимодействия с
поверхностью, деленному на объем плазменной зоны Vn:
, (1.26)
где Sn – площадь поверхности, тХАЧ – масса ХАЧ.
В стационарном состоянии Rгет = GХАЧ, поэтому
. (1.27)
Подставляя в (1.27) GXAЧ из (1.8), можно определить стационарную
концентрацию ХАЧ.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. 11
При диффузионной гетерогенной рекомбинации Rгет велика и α близ-
ка к единице. В этом случае стационарная концентрация ХАЧ определяется
из решения уравнения непрерывности.
1.1.3. Уравнение непрерывности и его решение
для химически активных частиц в разрядной зоне
Выведем уравнение, описывающее изменение концентрации ХАЧ в
элементе объема плазмы цилиндрического реактора.
Будем считать, что в зоне плазмы (рис. 1) в направлении оси х суще-
ствует положительный градиент концентрации ХАЧ dnp / dx > 0 и газовый
поток со скоростью Vr, вызванный перепадом давлений Р1 > Р2. Тогда изме-
нение числа ХАЧ в слое dx, расположенном перпендикулярно оси х и
имеющем единичную площадь поперечного сечения, за время dt составит
, (1.28)
где np(x, t), np(x, t + dt) – концентрация ХАЧ в слое в момент времени t и t + dt.
Рис. 1. Направление потоков в зоне плазмы
Изменение концентрации ХАЧ в слое вызывается протекающими в
нем процессами генерации, рекомбинации, диффузии (за счет градиента
концентрации) и потока (за счет градиента давления).
За время dt в слое объемом dx создается G ⋅ dt ⋅ dx и рекомбинирует
R ⋅ dt ⋅ dx ХАЧ, где G и R – скорости генерации и рекомбинации ХАЧ.
Наличие градиента концентрации и газового потока со скоростью Vг
приводит к тому, что поток ХАЧ Jp(x), втекающий в слой dx, не равен
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. 12
Jp(x + dx), вытекающему из слоя. Изменение числа ХАЧ в слое dx, связан-
ное с различием этих потоков,
dxdt. (1.29)
Тогда полное изменение числа ХАЧ в плазме в слое dx из (1.28) и
(1.29)
. (1.30)
Сократив правую и левую части выражения (1.30) на dt ⋅ dx, получим
уравнение непрерывности для ХАЧ в плазме:
. (1.31)
Поток ХАЧ Jp удобно выразить в виде двух составляющих: газового
Jp.г. = Vr ⋅ np и диффузионного Jp.д. = –Dp(∂np / ∂x), где Dp – коэффициент
диффузии ХАЧ. Тогда полный поток ХАЧ
Jp = –Dp(∂np / ∂x) + Vrnp. (1.32)
Подставив (1.32) в (1.31), найдем
. (1.33)
Для стационарного случая, когда ∂np / ∂t = 0, уравнение непрерывности
принимает вид
. (1.34)
В трехмерном случае, когда газовый поток является функцией коор-
динат, уравнение непрерывности (1.33) выглядит так:
, (1.35)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13. 13
где и , а – единичные век-
торы вдоль осей координат.
Доставка ХАЧ к поверхности, подвергаемой травлению, может осу-
ществляться за счет молекулярного потока, диффузии, конвекции или со-
вместного действия двух последних. Если размеры реактора l много меньше
длины свободного пробега λХАЧ (l << λХАЧ), то доставка активных частиц
протекает за счет молекулярного потока; если же l >> λХАЧ, то доставка
осуществляется за счет диффузных процессов. В переходной области l =
= λХАЧ может быть использован метод сложения сопротивлений.
1.2. Определение времени жизни, диффузионной длины
и коэффициента диффузии химически активных частиц
при радикальном травлении
При радикальном травлении, как уже отмечалось, обрабатываемые
изделия находятся вне разрядной зоны, а удаление поверхностных слоев
осуществляется за счет химических реакций материала с ХАЧ, создавае-
мыми в зоне разряда. К месту взаимодействия ХАЧ из разрядной зоны дос-
тавляются в результате диффузии или газового потока. Так как в реакцион-
ной зоне не происходит генерация ХАЧ, то по мере удаления от места раз-
деления разрядной и реакционной зон из-за рекомбинационных процессов
их концентрация будет уменьшаться.
Рассмотрим уравнение непрерывности для стационарного случая после
выхода ХАЧ из зоны плазменного разряда, тогда в (1.35) G = 0 и R = np / τр,
где np, τр – концентрация и время жизни ХАЧ. Уравнение для изменения кон-
центрации ХАЧ будет иметь вид
. (1.37)
Граничные условия: при х = 0 концентрация ХАЧ np(0), а при х → ∞ np → 0.
Решением уравнения (1.37) с учетом граничных условий является
. (1.38)
Если τp >> 4Dp
2
/ Vr
2
, то выражение (1.38) превращается в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14. 14
. (1.40)
Величина , имеющая размерность длины, называется
диффузионной длиной ХАЧ. Физический смысл диффузионной длины ясен
из (1.40). Это расстояние, на котором концентрация ХАЧ уменьшается в е
раз. Другими словами, это среднее расстояние, на которое диффундирует
ХАЧ за время своей жизни.
Для реакций первого порядка скорость травления прямо пропорцио-
нальна концентрации активных частиц. Поэтому Lp можно легко найти из
зависимости Vmp = f(L) (рис. 2), где L – расстояние от места генерации ХАЧ
до места травления. На расстоянии L = LPVmp уменьшается в е = 2,7 раза.
Так как в большинстве плазмохимических процессов степень диссо-
циации молекул травящего газа не превышает нескольких процентов, то
можно считать, что образующиеся при этом ХАЧ диффундируют в реакци-
онной зоне между молекулами плазмообразующего газа.
Рис. 2. Зависимость Vтр = f(L)
Тогда, например, для CF4 коэффициент диффузии F•
между молеку-
лами CF4
, (1.41)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15. 15
где k = 1,3 ⋅ 10–23
Дж / град – постоянная Больцмана; Т и Р – температура и дав-
ление газа в реакционной зоне; – радиусы и массы F•
и CF4.
Зная Lp и Dp, можно определить τр:
. (1.42)
Это выражение получено при условии τp << 4Dp
2
/ Vr
2
. Скорость потока газа
через реактор
, (1.43)
где Q – поток газа; R0 – радиус реактора; Ратм – атмосферное давление.
Методику определения τр можно использовать и для других систем
радикального травления, рабочих газов и материалов при условии, что:
– при диссоциации молекулы рабочего газа образуется только одна
частица, участвующая в травлении;
– материал реакционной камеры не вступает во взаимодействие с
ХАЧ;
– реализуется реакция первого порядка;
– в целях исключения загрузочного эффекта использованы образцы
малых размеров.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16. 16
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Экспериментальная установка
Установка для определения времени жизни ХАЧ при радикальном
травлении показана на рис. 3.
Рис. 3. Блок-схема экспериментальной установки:
1 – кварцевая труба РРК; 2 – индуктор; 3 – заземленный экран; 4 – алюминиевый ста-
кан с перфорированным дном; 5 – образец; 6 – откачной фланец; 7 – датчик давления;
8 – вакуумный вентиль; 9 – резервуар с газом; 10 – измеритель газового потока;
11 – натекатель
Она состоит из следующих основных блоков:
– реакционно-разрядная камера (РРК);
– генератор ВЧ-колебаний;
– система подачи рабочего газа;
– система вакуумной откачки;
– блок управления.
РРК представляет собой кварцевый цилиндр, разделенный перфори-
рованным диском на две камеры: разрядную и реакционную.
В качестве источника возбуждения плазмы использован ВЧ-генератор
с частотой 13,56 МГц. Мощность ВЧ-генератора регулируется изменением
напряжения на аноде генераторной лампы. Для согласования импедансов
ВЧ-генератора имеется соответствующее устройство.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17. 17
Система подачи в РРК рабочего газа состоит из резервуара с рабочим
газом, устройства для определения расхода газа, натекателя и соединяющих
трубок. Предварительная откачка из РРК и удаление продуктов реакций
осуществляется при помощи форвакуумного насоса 2НВР-5ДМ. Кроме не-
го, система откачки включает вакуумметр, датчик давления, вентили и ва-
куумпроводы. Установка имеет блок управления работой форвакуумного
насоса и ВЧ-генератора.
В реакционную камеру для проведения исследований помещается
кремниевый образец, изготовленный в форме прямоугольника длиной
100 мм и шириной 5 мм. На поверхность образца напылена пленка Al. На
рабочей стороне образца в пленке Al через каждые 10 мм вскрыты попереч-
ные полоски шириной 100 мкм.
2.2. Методика эксперимента
Внимание! Ввиду использования в установке напряжения свыше
1000 В все эксперименты по травлению проводить в присутствии препода-
вателя.
Рекомендуется придерживаться следующего порядка.
1. Тумблером «Вкл» на щитке управления включить установку.
2. Закрепить образец в держателе и поместить его внутрь реакцион-
ной камеры вплотную к перфорированному диску.
3. Закрыть реакционную камеру откачным фланцем.
4. Придерживая откачной фланец, кнопкой «Кн. 1» включить вакуум-
ный насос. При этом вакуумный насос откачивает из РРК остаточный газ,
фланец прижимается к торцу кварцевой трубы.
5. Подключить датчик ПМТ-6 к вакуумметру 13ВТ-003, включить ва-
куумметр, измерить давление в РРК.
6. По достижении разрежения 5–10 Па натекателем (11) (рис. 3) уста-
новить необходимое давление и расход газа. Для измерения расхода газа
необходимо:
а) повернуть напускной кран из положения в положение и одно-
временно включить секундомер, засекая время пооднятия жидкости в левой
части U-образной трубки до отметки 5 см, после чего быстро (!) вернуть
кран в первоначальное положение;
б) рассчитать расход газа по формуле
,
где Qг – расход газа, t – время поднятия жидкости в левом колене U-
образной трубки до высоты 5 см.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18. 18
7. После установления рабочего давления в камере во избежание пе-
регорания датчика ПМТ-6 от электромагнитного импульса при зажигании
плазмы:
а) выключить вакуумметр 13ВТ-003;
б) отсоединить датчик ПМТ-6 от вакуумметра.
8. Кнопкой «Кн. 2» включить накал генераторной лампы.
9. Кнопкой «Кн. З» включить подачу напряжения на анод ВЧ-гене-
ратора.
10. Ручкой «Рег. Н» по вольтметру «Пр. З» установить анодное на-
пряжение Uг.
11. С помощью системы согласования установить максимум свечения
разряда. Зафиксировать значения Ia (анодный ток) и Ic (сеточный ток) и
данные занести в тетрадь.
12. Провести травление образца в течение заданного времени, после
чего «Кн. 2» отключить накал, «Кн. 3» – ВЧ-напряжение.
13. Закрыть вакуумный вентиль 8 (рис. 3).
14. Придерживая (!) откачной фланец, напустить в РРК атмосферный
воздух.
15. Извлечь из реакционной камеры обработанный образец.
16. Пункты 2–15 повторить для трех давлений или трех различных га-
зов (по указанию преподавателя).
Для расчетов принять:
Т = 500 К.
Экспериментальные результаты оформить в виде графической зави-
симости Vтр = f(L) и табл. 2.1.
Таблица 2.1
Режимы Параметры
U, В Ia, мА Ic, мА Qг, см3
/ мин Р, Па Lp, мм Dp, м2
/ с τр, мкс
Сделать выводы по результатам проделанной работы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19. 19
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дайте определение низкотемпературной газоразрядной плазмы.
2. Что такое химически активные частицы?
3. Чем определяется время жизни химически активных частиц?
4. Какие столкновения в плазме ответственны за процессы ионизации
и диссоциации?
5. Что такое гетерогенная реакция?
6. Какова роль поверхности в протекании гетерогенных процессов в
плазме?
7. Приведите примеры реакций диссоциации и ионизации под дейст-
вием электронного удара для молекул фреонов (CF4, C3F8 ,C2F6 и др.). Объ-
ясните причину различия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ефремов А.М. Вакуумно-плазменные процессы и технологии :
учебное пособие / А.М. Ефремов, В.И. Светцов, В.В. Рыбкин. – Иваново :
Изд-во Иван. гос. хим.-технол. ун-та, 2006. – 260 с.
2. Плазменная технология в производстве СБИС / под ред. Н. Айнс-
прука и Д. Брауна. – М. : Мир, 1983. – 469 с.
3. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для травле-
ния и очистки материалов / Б.С. Данилин, В.Ю. Киреев. – М. : Энергo-
атомиздат, 1987. – 264 с.
4. Григорьев Ф.И. Плазмохимическое и ионно-химическое травление
в технологии микроэлектроники : учебное пособие / Ф.И. Григорьев. – М. :
Изд-во Моск. гос. ин-та электроники и математики, 2003. – 48 с.
5. Киреев В.Б. Плазмохимическое и ионно-химическое травление
микроструктур / В.Б. Киреев, Б.С. Данилин, В.И. Кузнецов. – М. : Радио и
связь, 1983. – 126 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22. 22
Учебное издание
ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Часть 2
Особенности радикального травления
полупроводниковых материалов
в галогенсодержащей плазме
Учебно-методическое пособие для вузов
Составители:
Владимирова Людмила Николаевна,
Дикарев Юрий Иванович,
Рубинштейн Владимир Михайлович,
Петраков Владимир Иванович
Корректор В.П. Бахметьев
Компьютерная верстка Е.Н. Комарчук
Подписано в печать 17.06.2014. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 1,3. Тираж 50 экз. Заказ 422
Издательский дом ВГУ.
394000, г. Воронеж, пл. Ленина, 10
Отпечатано в типографии Издательского дома ВГУ.
394000, г. Воронеж, ул. Пушкинская, 3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
