Плазмохимическое травление алюминия, удаление фоторезиста

ПХТ алюминия

Используемые газы: BCl₃, Cl₂, SiCl₄, He.

Травление алюминия осуществляется в плазмообразующей смеси BCl₃ + Cl₂ согласно схеме:

Al₂O₃ + 12 эВ → разрушение решетки;

2Al₂O₃ + 6 Cl₂ → 4 AlCl_3(тв.) + 3O_2(газ.) ;

Al – Al > 6 эВ → разрушение решетки;

Al_(тв.) + 3Cl → AlCl_3(тв.) ;

AlCl_3(тв.) → Al₂Cl_6(газ.).

Таким образом, чистый хлор обеспечивает удаление оксида алюминия, который всегда содержится на поверхности пленки алюминия, а также по границам кристаллических зерен.

Улучшение эффективности удаления Al₂O₃

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 Al₂O₃.

- вторая стадия (травление слоя) проводится с уменьшенной мощностью для более высокой селективности процесса

Анизотропия процесса

Добавка в газовую смесь SiCl₄ производится для исключения бокового подтравливания под маску фоторезиста. После разложения в плазме SiCl₄ 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

Удаление фоторезиста

Основным газом для «сухого» удаления резиста в плазме является кислород. При микроволновом возбуждении кислорода образуются различные нейтральные и заряженные частицы: O³, O⁺, O²⁺, O^–, O^2–,

атомарный кислород и синглетный кислород. Физическая химия процесса сравнима с химией горения с образованием летучих соединений (CO₂, CO, H₂O и радикалов).

Для стабилизации кислородной плазмы в нее обычно добавляют инертный газ.

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.

Функции тонких проводящих пленок в ИИЭ

1. Формирование электрического контакта требуемого типа к областям различного типа проводимости элементов ИМЭ:

- выпрямляющий контакт (контакт Шоттки);

- невыпрямляющий (омический) контакт.

2. Формирование электрических соединений элементов ИМЭ в требуемой последовательности, т.е. формирование электрической разводки ИИЭ.

3. Обеспечение микромонтажа кристалла ИМЭ, т.е. тонкопленочные слои должны допускать подсоединение внешних выводов к контактным площадкам кристалла ИМЭ пайкой или микросваркой.

Стадии процесса нанесения тонких пленок в вакууме

1. Генерация потока частиц;

2. Перенос частиц к подложке;

3. Конденсация частиц с образованием тонкопленочных слоев на обрабатываемой поверхности.

Классификация методов нанесения металлических плёнок

Все методы нанесения тонких металлических пленок в вакууме классифицируются по способу генерации потока частиц.

В технологии ИИЭ используют три метода нанесения тонких пленок:

- термическое испарение;

- химическое осаждение из газовой фазы;

- ионное распыление.

Термическое испарение

Метод заключается в конденсации материала из молекулярных или атомарных пучков, которые создаются в результате испарения нагревом напыляемого материала.

Испаряемые в высоком вакууме атомы разлетаются над разогретой поверхностью испарителя, и часть из них конденсируется на поверхности обрабатываемых подложек, образуя покрытие.

В зависимости от способа нагрева материала различают: резистивное испарение (РИ), электронно – лучевое испарение (ЭЛИ), лазерное испарение (ЛИ) или индукционное испарение (ИИ).

Кинетика конденсации

1. Сначала атом напыляемого вещества адсорбируется под действием сил Ван–дер–Ваальса и начинает мигрировать по поверхности в поисках потенциальной ямы.

2. Множество мигрирующих по подложке атомов сливается друг с другом, образуя островковую структуру.

3. По мере дальнейшего поступления атомов отдельные островки начинают соединяться, и приобретает сетчатую структуру.

4. Затем структура превращается в сплошную, после чего пленка начинает расти по толщине

Технологический процесс напыления плёнок термическим испарением

1. Загружаются подложки. Вакуумная камера герметизируется и откачивается до давления не хуже 5×10^-4 Па.

2. Подложки 3 нагреваются с помощью нагревателя 2 до температуры ~ 300 °С.

3.Вещество в испарителе 5 нагревается до высокой температуры, при которой происходит его интенсивное испарение.

Поток пара на подложки перекрыт заслонкой 1 и ограничивающей трубой 4.

4. Открывается заслонка 1, частицы в виде атомов или молекул свободно распространяются в вакуумной камере от испарителя и, достигнув подложки 3, конденсируются на ней.

5. По достижении заданной толщины плёнки (либо заданного времени процесса) заслонка закрывается, испаритель отключается.

6. Подложки охлаждаются до заданной температуры.

7. Производится напуск азота в камеру. Затем подложки выгружаются.

Параметры процесса напыления вакуумным испарением

Скорость напыления определяется

температурой испарителя:

РИ – током испарителя,

ЭЛИ – ускоряющим напряжением и током электронного луча,

ЛИ – мощностью энергии лазерного излучения

ИИ – мощностью ВЧ-индуктора,

- взаимным расположением спарителя и подложки, Адгезия пленки - температурой подложки, Чистота плёнки - давлением остаточных газов в камере.