Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление

Нажмите для полного просмотра!

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №2

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №3

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №4

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №5

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №6

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №7

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №8

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №9

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №10

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №11

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №12

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №13

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №14

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №15

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №16

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №17

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №18

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №19

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №20

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №21

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №22

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №23

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №24

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №25

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №26

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №27

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №28

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №29

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №30

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №31

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №32

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №33

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №34

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №35

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №36

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №37

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №38

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №39

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №40

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №41

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №42

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №43

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №44

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №45

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №46

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №47

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №48

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №49

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №50

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №51

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №52

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №53

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №54

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №55

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №56

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №57

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №58

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №59

Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление, слайд №60

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Проектирование и производство изделий интегральной электроники. Травление. Доклад-сообщение содержит 60 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ТРАВЛЕНИЕ

Слайд 2

Описание слайда:

Жидкостное травление Травлением в жидких средах (или химичес- ким травлением) называется процесс перено- са вещества из твёрдой фазы в жидкую, т.е. растворение вещества подложки или техно- логических слоев химическими реактивами (щелочами, кислотами и их солями), называе- мыми травителями.

Слайд 3

Описание слайда:

Цели процессов химического травления Цели процессов химического травления удаление с поверхности полупроводниковой под-ложки механически нарушенного слоя; снятие с полупроводниковой подложки слоя ис-ходного материала определённой толщины; локальное удаление материала подложки или технологического слоя с определённых участков поверхности; создание определённых электрофизических свойств обрабатываемой поверхности подлож-ки; выявление структурных дефектов кристалли-ческой решётки полупроводниковой подложки; получение мезаструктур.

Слайд 4

Описание слайда:

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

Слайд 5

Описание слайда:

Изотропное травление – растворение полупроводника с Изотропное травление – растворение полупроводника с одинаковой скоростью травления по всем направлениям мо- нокристаллической подложки. Применяют для удаления на- рушенного поверхностного слоя и полирования поверхности. Анизотропное травление – растворение полупроводника с различной скоростью по разным направлениям монокрис- таллической подложки. Используют для выявления струк- турных поверхностных и объёмных дефектов. Селективное травление – растворение полупроводника с различной скоростью на разных участках поверхности с од- ной и той же кристаллографической ориентацией (либо с различными скоростями травления слоёв разного химичес- кого состава в избирательных травителях). Позволяет вы- являть дефекты и несовершенства кристаллической струк- туры подложек (дислокации, дефекты упаковки, границы зе- рен и др.), а также p–n–переходы и различные фазовые вклю- чения;

Слайд 6

Описание слайда:

Локальное травление – удаление материала со строго Локальное травление – удаление материала со строго ограниченных и заданных участков подложки. Обеспечи- вает получение элементов требуемой конфигурации и за- данного рельефа на поверхности подложек. Позволяет создавать необходимый рисунок микросхемы (создавать заданную конфигурацию технологических слоёв, прово- дить мезатравление). Для локального химического трав- ления используют изотропные и анизотропные травите- ли. Послойное травление – равномерное последовательное снятие тонких поверхностных слоёв полупроводника.При- меняют для изучения поверхностных и объёмных дефек- тов кристаллической структуры подложек и эпитакси- альных слоёв. Используют полирующие травители с ма- лой скоростью травления (менее 0,1 мкм/мин).

Слайд 7

Описание слайда:

Типы растворения вещества Типы растворения вещества По характеру взаимодействия с веществом химическое трав- ление является реакцией растворения. Различают три типа растворения. 1. Молекулярное растворение – химическая формула раство- ряемого вещества в исходном состоянии и в растворе полнос- тью идентична. После удаления (испарения) растворителя рас- творенноё вещество может быть выделено в химически неиз- менном 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, полярны- ми 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 вещест- вом и растворителем, в растворе существуют продукты реак- ции, химически отличные от исходного состояния системы. Удаление остатков растворителя не позволяет получить рас- творённое вещество в исходном состоянии.

Слайд 8

Описание слайда:

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

Слайд 9

Описание слайда:

1. Перенос молекул (ионов) из 1. Перенос молекул (ионов) из объёма раствора В начальный момент травления за счёт ин- тенсивной реакции вблизи поверхности плас- тины полупроводника образуется слой, обед- ненный молекулами травителя. Это приво- дит к возникновению градиента концентра- ции травителя и возникновению диффузион- ного потока этих молекул к поверхности по- лупроводника.

Слайд 10

Описание слайда:

2. Адсорбция молекул травителя 2. Адсорбция молекул травителя На данной стадии молекулы травителя всту- пают в контакт с поверхностью полупроводни- ка. Этот контакт может являться либо хими- ческой адсорбцией, либо физической адсорбцией. В случае химической адсорбции в зависимости от типа поверхности и адсорбированных ком- понентов между молекулами травителя и по- верхностью полупроводника возникают либо си- лы обменного взаимодействия, либо силы куло- новского притяжения. В случае физической ад- сорбции молекулы травителя удерживаются на поверхности силами Ван–дер–Ваальса.

Слайд 11

Описание слайда:

3. Кинетическая стадия процесса. 3. Кинетическая стадия процесса. Данная стадия представляет собой собст- венно химическое взаимодействие адсорби- рованных молекул травителя с полупровод- ником. Происходит разрыв химических связей между атомами, расположенными в объёме и поверхностными атомами полупроводника с последующим переходом последних в раст- вор.

Слайд 12

Описание слайда:

4. Десорбция продуктов реакции 4. Десорбция продуктов реакции В ходе кинетической стадии на поверхнос- ти полупроводника накапливаются продук- ты реакции, которые могут быть химичес- ки или физически связаны с ней. Прежде чем перевести их в раствор, необходимо эти свя- зи разрушить.

Слайд 13

Описание слайда:

5. Удаление продуктов реакции в 5. Удаление продуктов реакции в объём раствора Вблизи поверхности полупроводника накаплива- ются продукты реакции, концентрация которых в объёме раствора существенно меньше, чем на гра- нице полупроводник – раствор. Возникает градиент концентрации продуктов травления, обусловливаю- щий возникновение диффузионного потока молекул этих продуктов, направленного от поверхности по- лупроводника в объём раствора. Данная стадия яв- ляется аналогичной стадии 1 с той лишь разницей, Что происходит диффузионный перенос в объём рас- твора не молекул травителя, а продуктов его взаи- модействия с полуроводником подложки.

Слайд 14

Описание слайда:

Травление с диффузионным контролем Травление с диффузионным контролем В данном случае скорость процесса травления никак не связана со свойствами поверхности полупроводни- ка. Поэтому травление должно протекать изотроп- но, независимо от кристаллографического направле- ния, а поверхность полупроводника должна быть глад- кой. Травители являются интегральными, а процесс – по- лирующим. Усилить полирующие свойства травите- лей можно уменьшением скорости протекания в них диффузионных процессов за счёт увеличения вязкости раствора (путём добавки гликолей, глицерина, поли- спиртов), либо за счёт уменьшения температуры рас- твора. Интенсивное перемешивание раствора, наоборот, снимает диффузионное ограничение и ухудшает поли- рующие свойства травителя.

Слайд 15

Описание слайда:

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

Слайд 16

Описание слайда:

Механизмы травления полупроводников Механизмы травления полупроводников При отсутствии электрического поля трав- ление полупроводников в жидких средах мо- жет происходить по двум принципиально раз- ным механизмам: - химическому; - электрохимическому.

Слайд 17

Описание слайда:

Особенности химического механизма травления Особенности химического механизма травления При химическом механизме травления на по- верхности полупроводника протекают окисли- тельно–восстановительные реакции, обуслов- ленные непосредственным, чисто химическим взаимодействием молекул травителя с поверх- ностными атомами. При этом все продукты ре- акции в виде растворимых комплексов полупро- водника образуются в травителе одновремен- но. Процесс травления полупроводников по данно- му механизму подчиняется законам химической кинетики гетерогенных реакций.

Слайд 18

Описание слайда:

Травление кремния в щёлочи Травление кремния в щёлочи Si + 2H2O → SiO2 + 2H2↑; (1) SiO2 + xH2O → SiO2 · xH2O; (2) SiO2 · xH2O + 2KOH → K2SiO3 + (x+1)H2O. (3) Процесс травления кремния в щёлочи включа- ет в себя реакции окисления кремния до его дио- ксида и восстановления воды при нагревании до молекулярного водорода (1). Наряду с этими процессами в системе происходит гидратация SiO2 (2) и взаимодействие со щёлочью гидра- тированного SiO2 с образованием метасилика- тов (метасиликата калия) (3).

Слайд 19

Описание слайда:

Особенности электрохимического механизма травления Особенности электрохимического механизма травления При электрохимическом механизме травле- ния на поверхности полупроводника протека- ют две сопряжённые реакции: анодного окис- ления полупроводника и катодного восста- новления окислителя. Электрическая связь между анодами и катодами осуществляется через раствор травителя Пример: травление кремния в смеси кислот HNO3 – HF.

Слайд 20

Описание слайда:

Анодные реакции Анодные реакции На микроанодах поверхности протекает анодная реакция окисления кремния, а также комплексооб- разование и перевод в раствор атомов кремния в виде устойчивых комплексных анионов. Схема анодной реакции: Si + 2H2O + ne+ → SiO2 + 4H+ +(4 – n)e–, (4) SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O, (5) где n – эффективная валентность саморастворе- ния кремния (количество ковалентных связей, удер- живающих поверхностный атом), которая в зави- симости от условий протекания реакции может изменяться от 2 до 4, e+ – дырки, e– – электроны. Анодная реакция сопровождается разрывом кова- лентных связей поверхностных атомов, при учас- тии дырок, которые создаются при протекании ка- тодной реакции.

Слайд 21

Описание слайда:

Катодные реакции Катодные реакции На микрокатодах поверхности протекает катодная реак- ция восстановления основного окислителя (HNO3): HNO3 + 2H+ + 2e– → HNO2 + H2O. (6) Реакция (31.6) протекает в несколько этапов: HNO3 + HNO2 → 2NO2 + H2O; (7) NO2 → NO2– + e+; (8) NO2– + H+ → HNO2 (9) Наименее медленной стадией является реакция (7),в хо- де которой из молекул HNO3 регенерируются молекулы диок- сида азота NO2. Для начала реакции необходимо присутст- вие в растворе некоторого количества молекул азотистой кислоты HNO2. Затем происходит её накопление в растворе согласно реакции (9). В ходе реакции (8) происходит генера-ция дырок за счёт захвата электронов из валентной зоны кремния. Эти дырки затем расходуются в анодном про- цессе и ответственны за отрыв атомов кремния от поверх- ности.

Слайд 22

Описание слайда:

Режимы электрохимического травления 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 за- висит от свойств полупроводника. Катодный контроль яв- ляется полным аналогом диффузионного ограничения реак- ции. Травители с катодным контролем работают как поли- рующие. Анодный контроль. Анодный процесс связан с отрывом атомов полупроводника в раствор. Скорость анодной реак- ции определяется энергией связи поверхностных атомов с решёткой и зависит от плотности упаковки атомов, на- личия дефектов, примесей и т.д. Скорость травления при анодном контроле анизотропна. Анодный контроль явля- ется аналогом кинетического ограничения. Травители с анодным контролем работают селективно, поэтому под- бор их состава в основном определяется свойствами полу- проводникового материала.

Слайд 23

Описание слайда:

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

Слайд 24

Описание слайда:

Травление слоёв SiO2 Травление слоёв SiO2 Для химического травления слоев SiO2 используют, как пра- вило, травители на основе HF. Однако в технологии ИИЭ вод- ные растворы HF используются, как правило, только для про- цессов открытого травления SiO2 (полное или частичное уда- ление слоя SiO2, удаление с поверхности кремния естествен- ного слоя SiO2 непосредственно перед нанесением металлиза- ции – т. н. освежение контактов. Это обусловлено интенсив- ным газовыделением SiF4, приводящим к отслаиванию маски резиста и искажению геометрии функциональных слоев ИИЭ. Для локального травления функциональных слоев ИИЭ че- рез фоторезистивную маску используют так называемые бу- ферные травители, получаемые добавлением в растворы HF фторида аммония NH4F. Травление слоев SiO2 в буферном тра- вителе описывается следующими реакциями: 6HF + SiO2 → H2SiF6 + 2H2O, (10) H2SiF6 + NH4F → (NH4)2SiF6 + HF. (11) Добавление NH4F к HF увеличивает скорость травления бла- годаря образованию бифторид ионов HF2–, обладающих более высокой реакционной способностью по сравнению с HF.

Слайд 25

Описание слайда:

Травление нитрида кремния Травление нитрида кремния Химическое травление применяют для полного удаления слоев Si3N4 после процессов локального окисления. Для данной целью используют плавико- вую и ортофосфорную кислоты либо их смеси. Химические реакции при удалении Si3N4 данными травителями : Si3N4 + 18HF → H2SiF6 + 2(NH4)2SiF6, (12) 3Si3N4 + 27H2O + H3PO4 → 4(NH4)3PO4 + 9H2SiO3. (13)

Слайд 26

Описание слайда:

Травление плёнок алюминия Травление плёнок алюминия Жидкостное химическое травление алюминиевых слоев осуществляют, как правило, в травителе, сос- тоящем из концентрированной азотной, ортофос- форной, уксусной кислоты и воды. Процесс травления состоит из двух стадий - формирования Al3+ и обра- зования AlPO4 согласно схеме: (3.19) Вода в ортофосфорной кислоте препятствует растворению Al2O3 и способствует растворению AlPO4. Скорость процесса ограничена скоростью рас- творения Al2O3 в H3PO4. В качестве конечных продуктов реакции выделя- ется газ, состоящий из смеси H2, NO и NO2.

Слайд 27

Описание слайда:

Жидкостное удаление фоторезиста Жидкостное удаление фоторезиста Выбор метода снятия резиста и параметров про цесса определяется исходя из следующих факторов: 1) чувствительности поверхности нижележащего слоя к воздействию растворителя (окисление, корро- зия, загрязнение ионами, полное растворение); 2) стоимости удаления; 3) типа резиста; 4) предшествующей последовательности опера- ций формирования слоя резиста, включая характе- ристики нижележащего слоя, параметры термооб- работки после экспонирования, задубливания, трав- ления, ионной имплантации.

Слайд 28

Описание слайда:

Удаление фоторезиста в Удаление фоторезиста в кислотных составах На стадиях формирования активной структуры ИИЭ в фотолитографическом процессе участвуют химически неактивные слои: моно-Si, SiO2, Si3N4, поли- Si. Для снятия фоторезиста в данном случае исполь- зуют 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 H2SO4 и H2O2 (10:1)-тра- витель КАРО. Механизм удаления фоторезиста в смеси КАРО аналогичен механизму удаления органи- ческих загрязнений.

Слайд 29

Описание слайда:

Удаление фоторезиста в органических растворителях Удаление фоторезиста в органических растворителях На заключительных стадиях изготовления ИИЭ (формирование металлических слоев, вскрытие кон- тактных окон в межслойном диэлектрике и пасси- вирующем покрытии) использование кислотных сос- тавов неприемлемо. Для снятия фоторезиста на данных этапах используют органические раствори- тели. Как правило, в данных случаях фоторезист снимают в растворе диметилформамида при тем- пературе 130 –150 °С. Недостатки использование органических раство- рителей : - высокая стоимость растворителей, - необходимость сбора и обезвреживания отходов, - высокая взрыво– и пожароопасность, - высокая токсичность.

Слайд 30

Описание слайда:

Недостатки жидкостного Недостатки жидкостного химического травления – капиллярные процессы в тонких щелях и про- колах; – проблемы адгезии фоторезистивных масок и их стойкости к травителям; – ускоренный характер травления по грани- цам зерен; – необходимость применения различных тра- вителей для травления многослойных и многоу- ровневых структур; – трудность контроля в процессе травления.

Слайд 31

Описание слайда:

Слайд 32

Описание слайда:

Особенности ионного травления Особенности ионного травления При ионном травлении для удаления мате- риала используется кинетическая энергия ио- нов инертных газов, т.е. имеет место физи- ческое распыление материала ионами. Ионно–плазменное травление (ИПТ) образ- цы помещаются на отрицательный электрод разрядного устройства и подвергаются бом- бардировке ионами, вытягиваемыми из плаз- мы. Ионно–лучевое травление (ИЛТ), образцы явля- ются мишенью, бомбардируемой ионами, вытя- гиваемыми из автономного ионного источника.

Слайд 33

Описание слайда:

Ионное распыление Ионное распыление

Слайд 34

Описание слайда:

Коэффициент распыления Коэффициент распыления Эффективность процесса ионного распыления характери- зуется коэффициентом распыления, который определяется числом удаленных частиц распыляемого вещества, приходя- щихся на один ион:

Слайд 35

Описание слайда:

Зависимость коэффициента распыления от энергии ионов Зависимость коэффициента распыления от энергии ионов

Слайд 36

Описание слайда:

Особенности ионно-химического травления Особенности ионно-химического травления При ионно–химическом травлении исполь- зуется как кинетическая энергия ионов хими- чески активных газов, так и энергия их хими- ческих реакций с атомами или молекулами материала.

Слайд 37

Описание слайда:

Особенности плазмохимического травления Особенности плазмохимического травления При ПХТ для удаления материала используется энергия хи- мических 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 вакуум- ную камеру, отделенную от химически активной плазмы пер- форированными металлическими экранами, или электричес- кими или магнитными полями, а травление осуществляется химически активными частицами (свободными атомами и ра- дикалами), поступаюшими из плазмы.

Слайд 38

Описание слайда:

Реактор для плазменного травления с емкостным разрядом Реактор для плазменного травления с емкостным разрядом

Слайд 39

Описание слайда:

Схема ПХТ с индукционным (разрядом) Схема ПХТ с индукционным (разрядом)

Слайд 40

Описание слайда:

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

Слайд 41

Описание слайда:

Явления в газовых разрядах Возникновение ионов, атомов, радикалов Явления в газовых разрядах Возникновение ионов, атомов, радикалов Простая ионизация: Ar + e → Ar+ + 2e; O2 + e → O2+ + 2e; Диссоциативная ионизация: CF4 +e → CF3+ + F + 2e; Диссоциативная ионизация с прилипанием: CF4 +e → CF3+ + F- + e; Молекулярная диссоциация: O2 + e → 2O + e → O + O-; CF3Cl + e → CF3 + Cl + e; C2F6 + e2 → CF3 +e. Потеря электронов Диссоциативная рекомбинация: e + O2 → 2O ; Диссоциативное прилипание: e + CF4 → CF3+ + F-.

Слайд 42

Описание слайда:

Кинетика ПХТ Кинетика ПХТ В общем случае кинетика состоит из следующих стадий: 1. Доставка молекул активного газа в зону раз- ряда; 2. Превращение этих молекул в активные ради- калы; 3. Доставка радикалов к поверхности обраба- тываемых 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.

Слайд 43

Описание слайда:

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

Слайд 44

Описание слайда:

Скорость травления Скорость травления

Слайд 45

Описание слайда:

Равномерность травления Равномерность травления Скорость травления, как правило, неоднородна по площади пластины и лежит в пределах , где υf - средняя скорость травления, φf – безразмер- ный параметр. С учетом неравномерности толщины удаляемого слоя общее время, необходимое для полного его вы- травливания должно составлять: , где hf – средняя толщина удаляемого слоя, δ – неод- нородность толщины.

Слайд 46

Описание слайда:

Селективность травления Селективность травления На практике все материалы, контактиру- ющие с травителем, характеризуются ко- нечным временем травления. Селективность (избирательность) – отно- шение скоростей травления различных ма- териалов.

Слайд 47

Описание слайда:

Анизотропия травления Анизотропия травления Анизоторопия - разность скоростей травления в вертикальном и горизонтальном направлениях. Степень анизотропии: , где υL и υV – ско- рости травления в горизонтальном и вертикаль- ном направлениях соответственно.

Слайд 48

Описание слайда:

Сравнительные характеристики методов сухого травления Сравнительные характеристики методов сухого травления

Слайд 49

Описание слайда:

Пути повышения анизотропии ПХТ Пути повышения анизотропии ПХТ

Слайд 50

Описание слайда:

Создание радиационных нарушений Создание радиационных нарушений Ионы, бомбардирующие кремний, создают радиа- ционные нарушения в кристаллической решетке,про- стирающиеся в глубину на несколько монослоев от поверхности. Радиационные повреждения катализи- руют процесс хемосорбции травителя. Кроме того, химическая реакция с нарушенной об- ластью кристалла протекает с повышенной скорос- тью, причем глубина и количество радиационных на- рушений зависят от энергии ионов.

Слайд 51

Описание слайда:

Формирование пассивирующего слоя Формирование пассивирующего слоя на боковых стенках Определенные газы (например, CHF3, CClF3) или смеси газов (CF4-H2) распадаются в плазме, образуя элемен- ты с ненасыщенными связями и радикалы, способные к полимеризации. Эти элементы, взаимодействуя с по- верхностью, формируют адсорбированный слой, а в некоторых случаях - сплошную пленку. Адсорбированный слой замедляет травление, адсор- бируя элементы травителя либо препятствуя досту- пу частиц травителя к подложке. Ионная бомбарди- ровка поверхности удаляет покрытие из ингибиторов, что вызывает анизотропию травления

Слайд 52

Описание слайда:

БОШ – процесс БОШ – процесс Для глубокого анизотропного травления ис- пользуют так называемый БОШ–процесс, ко- торый представляет собой чередование двух стадий: - изоторопного ПХТ; - осаждения полимера. Достоинства: - высокая скорость травления (до 20 мкм/мин); - возможность управления степенью анизотропии; - высокая воспроизводимость процесса.

Слайд 53

Описание слайда:

Травление кремния Травление кремния Плазмохимическое травление кремния осущест- вляют 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, кото- рые при диссоциации в плазме могут образовывать атомарный фтор, а также различные фторсодер- жащие 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 сос- тоянии окисляет углерод до СО и СО2.

Слайд 54

Описание слайда:

ПХТ слоёв SiO2 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. Ради- калы CFX (главным образом CF3+) взаимодействуют с SiO2 с об- разованием таких летучих продуктов, как SiF4, CO, CO2, COF2: CFX + SiO2 → SiF4 + (CO, CO2 COF2). Кислород способствует лучшему удалению из зоны трав- ления нелетучих углеродсодержащих соединений за счет об- разования таких газов, как COF2, CO и CO2. CHF3 при диссоциации образует радикалы CF3+, а также ато- марный водород, связывающий атомы фтора:CHF3 → CF3+ + H, H + F → HF. При добавлении в газовую смесь CHF3 происходит увеличение скорости травления SiO2 за счет увеличения кон- центрации 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 ох- лаждать стенки реактора и пластину во время, и после тра- вления, что необходимо для сохранения геометрии фоторе- зистивной маски.

Слайд 55

Описание слайда:

ПХТ слоёв Si3N4 ПХТ слоёв Si3N4 Используемые газы: SF6, He. Травление осуществляется атомами фто- ра, которые освобождаются в плазме гекса- фторида серы. Поскольку атомы фтора быс- трее вступают в реакцию с Si3N4, чем с SiO2, то данный процесс характеризуется селек- тивностью травления Si3N4 по отношению к SiO2. Добавка гелия выполняет функцию хла- доагента.

Слайд 56

Описание слайда:

ПХТ алюминия ПХТ алюминия Используемые газы: BCl3, Cl2, SiCl4, He. Травление алюминия осуществляется в плазмооб- разующей смеси BCl3 + Cl2 согласно схеме: Al2O3 + 12 эВ → разрушение решетки; 2Al2O3 + 6 Cl2 → 4 AlCl3(тв.) + 3O2(газ.) ; Al – Al > 6 эВ → разрушение решетки; Al(тв.) + 3Cl → AlCl3(тв.) ; AlCl3(тв.) → Al2Cl6(газ.). Таким образом, чистый хлор обеспечивает удале- ние оксида алюминия, который всегда содержится на поверхности пленки алюминия, а также по грани- цам кристаллических зерен.

Слайд 57

Описание слайда:

Улучшение эффективности удаления Al2O3 Улучшение эффективности удаления Al2O3 Процесс травления проводится в две стадии: - первые 60 секунд процесса (индукционный период) происходят при более высокой мощности. Это обус- ловливает увеличение ионной составляющей плазмы и дополнительное травление поверхности пленки физическим распылением, характеризующимся ма- лой селективностью травления Al по отношению к Al2O3. - вторая стадия (травление слоя) проводится с уменьшенной мощностью для более высокой селек- тивности процесса

Слайд 58

Описание слайда:

Анизотропия процесса Анизотропия процесса Добавка в газовую смесь SiCl4 производится для ис- ключения бокового подтравливания под маску фото- резиста. После разложения в плазме SiCl4 образуют- ся атомы хлора, участвующие в реакции травления Al, а освободившийся кремний осаждается на боко- вых стенках и дне канавки травления. Осажденный кремний удаляется со дна канавки бомбардировкой положительными ионами, в то время как на боко- вых стенках этого не происходит из–за малого угла их падения. Таким образом, кремний, осажденный на боковых стенках, блокирует реакцию с алюминием, посколь- ку не образует в плазме летучих соединений с хло- ром

Слайд 59

Описание слайда:

Удаление фоторезиста Удаление фоторезиста Основным газом для «сухого» удаления резиста в плазме является кислород. При микроволновом воз- буждении кислорода образуются различные нейт- ральные и заряженные частицы: O3, O+, O2+, O–, O2–, атомарный кислород и синглетный кислород. Физическая химия процесса сравнима с химией го- рения с образованием летучих соединений (CO2, CO, H2O и радикалов). Для стабилизации кислородной плазмы в нее обычно добавляют инертный газ.

Слайд 60

Описание слайда:

Недостатки «сухих» методов удаления материалов 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 при-месями, содержащимися в конструктив-ных элементах реактора и полимерах, осажденных на его внутренних поверхностях.