Плазмохимическое травление органических материалов

Полимерные пленки широко используются в производстве изделий микроэлектроники в качестве фоторезистов и электронорезистов для защитных покрытий готовых микросхем, а также в качестве вспомогательных слоев – планаризации рельефной поверхности перед нанесением металлических слоев и др. Поэтому плазмохимическое травление полимерных пленок представляет весьма важный элемент технологии.

Как правило, органические материалы травятся в кислородсодержащей плазме. Основными активными частицами являются атомы кислорода, а десорбируемыми продуктами деструкции – оксиды углерода (СО, СО₂), водород - вода и радикалы ОН (при комнатной температуре), которые, взаимодействуя с водородом в объеме плазмы или вблизи поверхности, превращаются в пары воды. Для широкого круга полимерных фоторезистов скорость травления в кислородной плазме при одинаковых условиях меняется в небольших пределах – несколько десятков процентов. Энергия активации травления в большинстве случаев варьируется от 4 до 15 ккал/моль и зависит от параметров плазмы, а также состава и структуры полимера. Фторсодержашие и полностью фторированные полимеры травятся со скоростями на порядок меньшими, чем углеводородные, и используются для повышения стойкости масок. Предварительная термообработка или ионная бомбардировка полимерных резистов может приводить к сшивкам полимерных цепей, что увеличивает стойкость полимеров в кислородсодержащей плазме. Скорости травления почти всех исследованных полимеров увеличиваются при добавках в кислородсодержащую плазму фторуглеродных газов, в первую очередь за счет повышения скорости генерации атомов кислорода. С другой стороны, генерация атомарного фтора и фторирование углеродных атомов, в особенности боковых групп, приводят к дополнительному их отрыву. Остающиеся свободные связи на поверхности быстрее взаимодействуют с атомарным кислородом.

В настоящее время разработаны процессы ионно-плазменного травления большинства материалов, применяемых в технологии СБИС.

Производительность и управляемость процессом плазмохимического травления

Производительность процесса. В каждом конкретном процессе скорость травления должна быть воспроизводимой и достаточно высокой, чтобы данный метод мог применяться в практике. К факторам, определяющим скорость травления, относятся:

1) энергия ионов. Энергия должна намного превышать пороговую величину 20 эВ, при которой начинается распыление. Интенсивность распыления большинства материалов монотонно возрастает по мере повышения энергии ионов в интервале, соответствующем сухому травлению (< 2 кэВ), но при энергии свыше ~ 300 эВ скорость этого возрастания уменьшается;

2) угол падения ионов. Ионы, падающие на поверхность под наклоном характеризуются большей вероятностью эмитирования атома с поверхности;

3) распыление увеличивает скорость травления, но гораздо более существенное влияние оказывает стимулирующее действие атомных соударений на поверхности подложки на скорость химических реакций, протекающих на поверхности. Это можно объяснить следующим способом:

· ионная бомбардировка создает на поверхности дефекты, катализирующие хемосорбцию или реакцию;

· ионная бомбардировка обеспечивает непосредственную диссоциацию молекул травящих газов;

· ионная бомбардировка способствует удалению нелетучих продуктов реакции, замедляющих травление;

4.) состав рабочего газа;

5) давление газа, плотность мощности и частота прикладываемого электрического поля;

6) скорость притока рабочего газа в камеру также определяет максимально возможный приток к подложке реакционно - способных компонентов. Больше скорость притока – меньше эффект загрузки;

7) температурная зависимость скорости реактивного травления определяется главным образом влиянием температуры на скорость химических реакций;

8) загрузочный эффект. При реактивном травлении иногда наблюдается уменьшение скорости травления при увеличении суммарной площади поверхности, подвергаемой травлению.

Управляемость процессом. Во время процесса необходимо иметь возможность контролировать все факторы, влияющие на скорость травления. Кроме того, очень важно определять скорость окончания процесса. Перетравливание почти всегда необходимо из - за неоднородности слоев и скорости реакций, но момент окончания процесса должен контролироваться различными визуальными или масс-спектрометрическими методами.

Металлизированные соединения и омические контакты