Контроль вытравливаемого профиля края элемента.

Рассмотрим некоторые факторы, влияющие на профили краев элементов, и методы их контроля.

1.Механизмы анизотропии реактивного травления.

Когда травление осуществляется в ходе ионно-стимулируемых реакций, как правило, наблюдается анизотропия скорости травления. Это связано с тем, что ионы падают на пластину перпендикулярно ее поверхности. Следовательно, на поверхность дна вытравливаемого элемента падает значительно больший поток ионов высокой энергии, чем на боковые стенки (рис. 3).

Рис. 3. Иллюстрация анизотропии травления, достигаемой при облучении ионным пучком, направленным перпендикулярно поверхности пластины. (Боковые стенки вытравливаемых элементов не подвергаются облучению ионами высокой энергии.)

Если реакция травления ионно-возбуждаемая, то боковое травление отсутствует, но в условиях ионно-ускоряемых реакций происходит боковой подтрав под маску, причем величина подтрава определяется скоростью протекания реакции.

Для минимизации бокового травления в условиях ионно-ускоряемых реакций целесообразно вводить в рабочий газ добавки, обеспечивающие рекомбинацию активных компонентов. Функция таких добавок заключается либо в связывании активных веществ на поверхности с образованием летучих соединений, либо в предотвращении образования пассивирующей пленки. Таким образом, подбирая оптимальный состав рабочего газа, можно обеспечить такие условия протекания процесса, при которых скорость травления будет превышать скорость рекомбинации на облучаемых ионами поверхностях, и в то же время на боковых стенках, где облучение ионами минимально, будет реализовываться обратная ситуация (скорость рекомбинации выше скорости травления). Следовательно, степенью анизотропии травления можно управлять, регулируя состав рабочего газа.

2.Другие факторы, влияющие на профиль края элемента.

Образование граней, возникновение канавок и повторное осаждение - три явления, проистекающие из физического распыления, которые могут влиять на профиль края вытравливаемого элемента. Степень их проявления зависит от интенсивности распыления и ионного потока, поэтому часто их можно полностью подавить. Эти эффекты чаще проявляются при реактивном ионном травлении, нежели при плазменном травлении, вследствие более высокой энергии ионов.

Образование канавок происходит главным образом в результате падения мощного потока ионов на основание ступеньки вследствие их отражения от боковой стенки ступеньки. Скорость травления, обусловливаемая как физическим распылением, так и ионно-стимулируемыми реакциями, повышается в местах расположения канавок, так как эти участки подвергаются воздействию более мощных ионных потоков.

Распыленный материал, не вошедший в состав летучих соединений, конденсируется на любой близлежащей поверхности. Распыленный материал распределяется в пространстве приблизительно по косинусоидальному закону, и поэтому значительная его часть может повторно осаждаться на стенках близлежащих элементов маски, что приводит к изменению профиля краев и размеров вытравливаемых элементов. Повторное осаждение обычно не наблюдается при плазменном травлении, поскольку в этом процессе его можно избежать, подбирая состав рабочего газа, параметры плазмы и маскирующие материалы так, чтобы происходило образование только летучих продуктов реакций.

3.Определение момента окончания травления.

Если имеет место боковое травление, размеры элементов и профили их краев можно контролировать, уменьшая степень перетравливания. Перетравливание почти всегда необходимо для компенсации неоднородностей и для переноса рисунка на поверхности ступенчатого рельефа при. Используются различные методы установления момента окончания травления пленки:

1) непосредственное визуальное наблюдение подвергаемой травлению пленки;

2) регистрация оптического отражения от подвергаемого травлению слоя;

3) регистрация изменения концентрации травящих компонентов в плазме методом эмиссионной спектроскопии;

4) анализ продуктов реакции травления с помощью эмиссионной спектроскопии или масс-спектрометрии;

5) измерение изменения полного электрического сопротивления плазмы.

Первые два метода не зависят от площади подложки, подвергаемой травлению, но не приспособлены для применения в условиях процесса неоднородного группового травления. С помощью методов 3, 4 и 5 контролируется травление очень малых участков поверхности подложки, размер которых определяется скоростью травления и чувствительностью детекторов. Для этих методов характерно усреднение неоднородностей. Кроме того, на точность третьего метода оказывает влияние загрузочный эффект.

Ход работы.

1)Закрепление маски на кремниевых пластинках с помощью крепежей. Мы использовали две металлических маски для травления, одна из которых имела отверстия небольшого диаметра.

2)Помещение пластинок с закреплёнными масками на карусели в вакуумной камере для ионно-лучевого травления.

3)Откачка воздуха из камеры для создания вакуума в камере. При этом используется сначала обычный механический насос, а далее включается диффузионный для достижения более высокого вакуума.

4)После достижения необходимого значения вакуума мы начинаем напускать аргон, при этом необходимо следить за приемлемым для рабоы значением вакуума в камере.

5)Включаем установку для ионно-лучевого травления и доводим значение плотности тока частиц до 60 мкА/см². Необходимо соблюдать осторожность, так как питающее напряжение ионной пушки состовляет 5 кВ.

6)С помощью поворота карусели устанавливаем пластины напротив ионной пушки и засекаем 20 минут. После окончания времени устанавливаем вторую пластину и вновь засекаем 20 минут.

7)Позле завершения травления обоих образцов, выключаем ионную пушку и закрываем напуск аргона в камеру. После этого можно отключить диффузионный насос и повышать давление вплоть до атмосферного.

8)После достижения приемлемого давления для открытия камеры, поднимаем колпак и извлекаем образцы.

9)Исследуем полученные образцы на интерференционном микроскопе для определения толщины.

После исследования образцов выяснилоси, что толщина стравленного слоя в случае «дырочной» маски составила 240 нм, в то время как во втором случае – 330 нм.

Вывод.

В ходе выполнения работы мы ознакомились с основами метода ионно-лучевого травлени, познакомились с устройством установки для ионно-лучевого травления и получили навыки создания топологического рисунка методом ионно-лучевого травления.

Нами были получены интересные результаты: в случае «дырочной» маски толщина стравленного слоя заметно меньше толщины стравленного слоя в случае второй маски (240 и 330 нм). Так как предоставленные образцы были одинакового состава и обладали одинаковыми свойствами, то полученный результат может быть связан с тем, что в случае «дырочной» маски отток молекул стравленного вещества осложнён за счёт малого диаметра отверстия, следовательно, поток ионнов аргона ниже, что приводит к снижению скорости травления по сравнению со второй маской.

На основе этого можно сделать вывод, что чем меньше площадь зоны травления, тем ниже скорость травления.

Поиск по сайту: