Анизотропия и селективность травления

Для переноса изображения необходимо, чтобы материал подложки стравливался быстрее маскирующего слоя. Часто бывает важно не допустить травления материалов, примыкающих сбоку или снизу к обрабатываемой области, например, при травлении подзатворного оксида, имеющего толщину в несколько десятков нанометров. Следовательно, необходимо обеспечить условия, при которых в данном составе плазмы с разной скоростью будут травиться как разные материалы, так и один и тот же материал в разных направлениях. Свойство материала травиться различно по разным направлениям называется анизотропией. В отличие от принятой в физике и физической химии твердого тела кристаллографической анизотропии, показатель которой определяется отношением скоростей травления в разных кристаллографических направлениях, в технологии плазменного травления показатель анизотропии определяется отношением скоростей травления в вертикальном и горизонтальном направлениях относительно поверхности материала:

,

где A - показатель анизотропии; d и v_d - глубина и скорость травления перпендикулярно плоскости поверхности; d_x и v_x - величина бокового подтравливания под маску и скорость травления параллельно плоскости поверхности.

Анизотропия травления увеличи-вается при использовании ионно-плазменного или ионно-лучевого травления под действием бомбар-дировки поверхности ионами. Пра-вильный подбор состава газовой смеси также существенно влияет на анизотропию травления, в частности, можно вводить определенные добавки в рабочий газ, которые связывают активные вещества на боковых стенках. На горизонтальной поверхности ионная бомбардировка стимулирует десорбцию рекомбинационных компонентов, увеличивая скорость травления облучаемой поверхности. В некоторых случаях при ПХТ возможно образование пассивирующих полимерных соединений, что замедляет травление. Ионная бомбардировка предшествует образованию таких полимеров, повышая тем самым анизотропию травления.

Селективность S_мп или избирательность травления определяется как отношение скоростей травления различных материалов, например маски и подложки, в одном составе плазмы:

,

где v_м и v_п - соответственно скорости травления маски и подложки.

Можно оценить количественно влияние на селективность условий травления на примере травления через маску пленки толщиной с однородностью по толщине ±d_d. Если средняя скорость травления пленки v_п, то однородность скорости травления можно определить как (± d_v), где d_d и d_v - безразмерные параметры, изменяющиеся от 0 до 1.

При неоднородной толщине пленки возможно ее перетравливание в виде доли от времени травления. Тогда время травления пленки можно представить как t(1+D), а продолжительность травления как

. (1.8)

В течение этого времени травится также и маска со скоростью в вертикальном направлении v_мв и в горизонтальном направлении v_мг. При этом край рисунка маски смещается на максимальное расстояние:

. (1.9)

Угол a характеризует вертикальность стенки рисунка в маске (60°£a£90°).

Как и при травлении пленки, можно ввести параметр однородности скорости травления маски:

.

Заметим, что - селективность травления пленки по

отношению к маске, а v_мв/v_мг = А_м - степень анизотропии травления маски. Тогда селективность S_пм с учетом (1.8) и (1.9) может быть определена так:

где - фактор неоднородности процесса.

Оценка селективности травления путем выбора соответствующей газовой смеси для ПХТ позволяет получить нужный профиль края маски для формирования определенной структуры элемента ИМС. Так, для создания субмикронных структур, например для щелевой изоляции и в других случаях использования глубокого травления, требуется, чтобы края как подложки, так и маски были достаточно круты. Напротив, в случае формирования металлизации необходимо, чтобы рельеф поверхности структуры был как можно более сглаженным. Следовательно, в каждом случае необходимо специально подбирать условия для того, чтобы обеспечить нужную селективность травления подложки и маски. Селективность травления существенно зависит не только от состава газа, но также от мощности разряда, энергии и угла падения ионов. Важную роль играет материал электродов и конструкция реакции.