Обоснование выбора плазмообразующей среды

В основе плазмохимического травления лежат гетероген­ные химические реакции, происходящие на границе двух фаз: твер­дой и газообразной. Реакция протекает между радикалами (т. е. час­тицами, имеющими неспаренные р-электроны, например F, CI, О, образующимися в плазме из молекул газа или пара) и активными центрами материала (поверхностными сечениями, имеющими сво­бодную связь). Основную роль при плазмохимическом травлении

материалов играют радикалы, а не ионы, что подтверждается экспе­риментальными данными по травлению материалов, помещенных внутрь перфорированного заземленного экрана, вероятность проник­новения в который заряженных частиц весьма мала.

Повышение концентрации активных центров на поверхности ма­териалов с помощью ионизирующего излучения (обработка поверх­ности ионными и электронными пучками, рентгеновскими и гамма- лучами и т. д.) значительно (в несколько раз) увеличивает скорость плазмохимического травления.

Необходимым условием осуществления плазмохимического трав­ления материала является определенное соотношение между темпера­турой материала в процессе травления Ттр (температура текущая) - и температурой испарения (сублимации) образующихся продуктов ре­акции Ти. Температура испарения (температура, при которой давле­ние паров материала равно 1330 Па) для большинства материалов со­ставляет 0,45-0,6 от температуры кипения Тк. Плазмохимическое травление является низкотемпературным процессом и T_тр не превыша­ет 700 К. Если Tтр < Ти, то плазмохимическое травление материала вы­бранными радикалами практически невозможно. Например, алюми­ний нельзя травить с использованием радикалов фтора, так как в ре­зультате реакции образуется фторид алюминия с Т_к= 1529 К, который не удаляется с поверхности алюминия. Невозможно также плазмохи­мическое травления материалов, химически не реагирующих с вы­бранными радикалами, как образующих нестабильные продукты реак­ции при температуре процесса. Материалы, у которых Ти>>Ттр мож­но использовать в качестве защитных масок при плазмохимическом травлении. При Ттр > Ти о ростом температуры скорость плазмохими­ческого травления материала увеличивается из-за повышения скоро­сти испарения образующихся продуктов реакции до тех пор, пока ста­дия отвода продуктов не перестанет лимитировать реакцию травления.

Газообразующая среда должна удовлетворять следующим требо­ваниям: быть нетоксичной и невзрывоопасной, обеспечивать макси­мальный выход энергетических и химически активных частиц при разложении в плазме разряда, которые при взаимодействии с обраба­тываемыми материалами образуют летучие стабильные или легко распыляемые соединения; не вызывать коррозии и загрязнения внут­ри камерных устройств и откачных магистралей; не оказывать значи­тельных деградирующих воздействий на масло вакуумных насосов. Выполнение этих требований исключает из списка рабочих газов фтор, хлор, бром, плавиковую кислоту и др.

Для травления кремнийсодержащих материалов в основном применяется фреон CF4, обозначаемый как фреон-14 или хладон-14.