СПЕЦИАЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Тема 9 Оборудование для

СПЕЦИАЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Тема № 9: Оборудование для процессов травления твердотельных структур

ТРАВЛЕНИЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР • НАЗНАЧЕНИЕ: Селективное удаление отдельных участков формируемой ИС с целью получения элементов с заданными размерами. • МЕТОДЫ: – ЖИДКОСТНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ высокая селективность и скорость, низкое разрешение из за наличия подтравливания. – СУХОЕ ТРАВЛЕНИЕ

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ СУХОГО ТРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССЫ "СУХОГО" ТРАВЛЕНИЯ ИОННО ПЛАЗМЕН НОЕ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ ИОННО ХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ ИОННОЕ ТРАВЛЕНИЕ ИОННО ЛУЧЕВОЕ РЕАКТИВНОЕ ИОННО ПЛАЗМЕННОЕ РЕАКТИВНОЕ ИОННО ЛУЧЕВОЕ ПЛАЗМЕН НОЕ С ФОКУСИРОВКОЙ И БЕЗ ФОКУСИРОВКИ ИОННЫХ ПУЧКОВ С КОМПЕНСАЦИЕЙ И БЕЗ КОМПЕНСАЦИИ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА РАДИКАЛЬ НОЕ

ИОННОЕ ТРАВЛЕНИЕ • ОСОБЕННОСТИ для удаления материала используется кинетическая энергия ионов инертных газов (физическое распыление) • РАЗНОВИДНОСТИ: – ИОННО ПЛАЗМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ (образцы помещаются на отрицательный электрод разрядного устройства и подвергаются бомбардировке ионами, вытягиваемыми из плазмы); – ИОННО ЛУЧЕВОЕ ТРАВЛЕНИЕ (образцы являются мишенью, бомбардируемой ионами, вытягиваемыми из автономного ионного источника)

ИОННО ХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ • ОСОБЕННОСТИ: Используется как кинетическая энергия ионов химически активных газов так и энергия химических реакций с атомами или молекулами материала • РАЗНОВИДНОСТИ: – РЕАКТИВНОЕ ИОННО ПЛАЗМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ (образцы помещаются на отрицательный электрод разрядного устройства и подвергаются бомбардировке ионами, вытягиваемыми из плазмы); – РЕАКТИВНОЕ ИОННО ЛУЧЕВОЕ ТРАВЛЕНИЕ (образцы являются мишенью, бомбардируемой ионами, вытягиваемыми из автономного ионного источника).

ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ • ОСОБЕННОСТИ: для удаления материала используется энергия химических реакций между ионами и радикалами активного газа и атомами (или молекулами) обрабатываемого вещества с образованием летучих стабильных соединений. • РАЗНОВИДНОСТИ: – ПЛАЗМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ: образцы помещаются в плазму химически активных газов; – РАДИКАЛЬНОЕ ТРАВЛЕНИЕ: образцы помещаются в вакуумную камеру, отделенную от химически активной плазмы перфорированными экранами или электрическими или магнитными полями, а травление осуществляется заряженными химически активными частицами (свободными атомами и радикалами), поступившими из плазмы.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТОДОВ ИОННО ПЛАЗМЕННОГО ТРАВЛЕНИЯ ИТ ИХТ ПХТ Скорость процесса низкая средняя высокая Равномерность процесса низкая средняя высокая Селективность низкая средняя высокая Анизотропность высокая средняя низкая

ПЛАЗМООБРАЗУЮЩИЕ ГАЗЫ Материал Используемые газы Si SF 6 + CHF 3; CF 4 + O 2 Si. O 2 CF 4; CCI 2 F 2; SF 6 + CHF 3 Поли Si CI 2 или BCI 3 + CHF 3 или CCI 4 Al CI 2 + BCI 3 Si 3 N 4 CCI 2 F 2 ; CHF 3 W SF 6 + CI 2 + CCI 4 Ti. W SF 6+ CI 2 + O 2

СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИОННО ПЛАЗМЕННОГО ТРАВЛЕНИЯ Система травления; Газовая Система; Вакуумная система; Система возбуждения и поддержания плазмы разряда; Система загрузки выгрузки пластин; Система термостатирования; Система контроля момента окончания процесса травления функционального слоя (времени травления); Система управления.

СИСТЕМА ТРАВЛЕНИЯ • СЛУЖИТ для проведения обработки пластин • СОСТОИТ ИЗ: – рабочей камеры; – расположенных внутри нее или присоединенных к ней снаружи электродов, – экранов; – подложкодержателей; – автономных источников стимулирующих воздействий. При использовании в процессе травления химически активных частиц рабочая камера обычно называется реактором.

ГАЗОВАЯ СИСТЕМА • СЛУЖИТ для подачи требуемого потока газа (пара) или газовой смеси в рабочую камеру и в автономные источники стимулирующих воздействий • СОСТОИТ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ КАНАЛОВ, в состав каждого из них входят: – – – – фильтры; трубы; испарители; вентили; клапаны; измерители и регуляторы расхода газа, датчики утечки газов, стабилизаторы давления.

ВАКУУМНАЯ СИСТЕМА • ПРЕДНАЗНАЧЕНА для обеспечения требуемого давления остаточных и рабочих газов в технологической и шлюзовых камерах, автономных источниках стимулирующих воздействий. • СОСТАВ: – – – – Вакуумные насосы; Трубопроводы; Клапаны; Измерители и регуляторы давлений и скоростей откачки; Азотная ловушка и система ее регенерации; Фильтры или станции для очистки насосного масла; Скрубберы или нейтрализаторов выхлопных газов.

СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЫ РАЗРЯДА СОСТАВ: – генераторы; – источники электрических и магнитных полей; – кабели или волноводы; – измерители и регуляторы подводимой мощности; – согласующие устройства.

СИСТЕМА ЗАГРУЗКИ ВЫГРУЗКИ ПЛАСТИН • ПРЕДНАЗНАЧЕНА для транспортирования и позиционирования пластин внутри установки. • СОСТАВ: – подающая и приемная кассеты; – устройство загрузки и перемещения пластин; – шлюзовая камера; – подложкодержатели; – прижимные устройства; – датчики положения пластин на различных позициях.

СИСТЕМА ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ • ПРЕДНАЗНАЧЕНА для измерения и регулирования температуры испарителей, участков газовых каналов, электродов, подложкодержателей и стенок камер. • СОСТАВ: – термостаты; – трубопроводы; – хладо и теплоагенты; – устройства их перекачки, подачи и распределения; – измерители и регуляторы температуры.

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МОМЕНТА ОКОНЧАНИЯ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СЛОЯ • СОСТАВ: – индикаторы на основе: • эмиссионно спектрального метода, • лазерного интерферометрического метода, • масс спектрометрического метода; – оптические и электронные устройства; – специализированные микропроцессоры для обработки полученных сигналов по соответствующему алгоритму.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ • СЛУЖИТ для управления всеми системами, контроля режимов их работы и исправности входящих в них устройств. • СОСТАВ: – управляющая ЭВМ; – программное обеспечение; – устройство ввода команд; – устройство отображения информации.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ МОМЕНТА ОКОНЧАНИЯ ТРАВЛЕНИЯ 1. Непосредственное визуальное наблюдение подвергаемой травлению пленки; 2. Метод «свидетеля» -резистивный метод 3. Метод кварцевого резонатора 4. Регистрация оптического отражения(пропускания) от подвергаемого травлению слоя; 5. Регистрация изменения концентрации травящих компонент в плазме эмиссионной спектроскопией; 6. Анализ продуктов реакции травления эмиссионной спектроскопией или масс спектрометрией; 7. Измерение изменения полного электрического сопротивления плазмы.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ 1 лазер; 2 система отклонения луча лазера; 3 вакуумная камера; 4 анод; 5 образцы; б мишень

СХЕМА СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА 1 вакуумная камера, 2 анод, 3 мишень, 4 плазма, 5 образцы, 6 зеркала, 7 модулятор, 8 монохроматор, 9 фотоумножитель, 10 предусилитель, 11 фазочувствительный усилитель, 12 измерительный прибор.

ТРИОДНАЯ СИСТЕМА ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ 1 термокатод, 2, 3 – экраны; 4 анод; 5 мишень; 6, 7, 8 источники питания

ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА В ТРИОДНОЙ СИСТЕМЕ ТРАВЛЕНИЯ Откачка рабочей камеры до давления Давление рабочего газа Напряжение термокатод анод Плотность ионного тока на мишени Скорость ионного травления материалов НЕДОСТАТКИ: 10 4 Па; 0, 066 0, 66 Па; 500 В; 15 20 м. А/см 2; 5 10 нм/с. – трудно получить однородную плазму из за малого размера термокатода по сравнению с холодным катодом в диодных системах, что приводит к неравномерности травления образцов по поверхности мишени; – наличие накаленного термокатода не позволяет использовать при травлении материалов активные газы.

СИСТЕМА С АВТОНОМНЫМ ИОННЫМ ИСТОЧНИКОМ (ИСТОЧНИК КАУФМАНА) 1 камера ионного источника; 2 анод; 3 термокатод; 4, 8 натекатели; 5 электромагнит; б ион нооптические сетки; 7 ускоряющая сетка; 9 нейтрализа тор; 10 заслонка; 11 водоохлаждае мая мишень; 12 рабочая камера

АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ НА БАЗЕ УСКОРИТЕЛЯ ХОЛЛА

ДОСТОИНСТВА СИСТЕМ С АВТОНОМНЫМ ИОННЫМ ИСТОЧНИКОМ • уменьшение радиационного воздействия заряженных частиц и фотонов на обрабатываемые структуры в результате отделения рабочей камеры от источника; • уменьшение загрязнений образцов инородными частицами за счет устранения процессов обратной диффузии и рассеяния при высоком вакууме в рабочей камере (10 3 Па); • возможность независимой регулировки угла падения, энергии и тока ионов позволяет контролировать и управлять профилями травления микроструктур; • возможность наклона и вращения мишени с образцами позволяет улучшить равномерность травления и устранить некоторые топографические дефекты.

СИСТЕМЫ ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ СТРУКТУР КЛАССИФИЦИРУЮТСЯ: – ПО СПОСОБУ ВОЗБУЖДАЕМОГО РАЗРЯДА: • ЕМКОСТНОЙ; • ИНДУКЦИОННЫЙ; • ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫЙ. – ПО СПОСОБУ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОДЛОЖЕК: • ПОВЕРХНОСТНОЕ; • ОБЪЁМНОЕ.

СИСТЕМА ПХТ С ИНДУКЦИОННЫМ РАЗРЯДОМ И ОБЪЁМНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ПОДЛОЖЕК 1 кварцевый реактор; 2 коллектор для подачи газа; 3 металлический перфорированный корпус; 4 подложки; 5 крышка ; 6 индуктор; 7 откачной патрубок

РЕАКТОР ДЛЯ РИТ С ЕМКОСТНЫМ РАЗРЯДОМ И ПОВЕРХНОСТНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ПОДЛОЖЕК

ГЕКСАГОНАЛЬНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ РИТ

СХЕМА РЕАКТОРА С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ

УСТАНОВКА ГРУППОВОГО ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ "ЭЛЕКТРОНИКА ТМ 1102" "08 ПХТ 100/10 006 М" (НИИТМ, Россия)

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ • Режим работы автоматический • Диаметр обрабатываемых пластин 76, 100 мм • Производительность (кинематическая) 90 110 пл. /ч • Количество одновременно обрабатываемых пластин 10 шт. • Скорость травления: AI 160 нм/мин Si 3 N 4 120 нм/мин Si 02 80 120 нм/мин • канавок в Si глубиной до 1 мкм 80 90 нм/мин • Неравномерность травления ±(5 10)% • Селективность к Si 02: Al Si 10 Si 3 N 4 4, 5 5 • Диапазон мощности ВЧ генератора 0, 5 3 к. Вт • Рабочая частота ВЧ генератора 440 к. Гц • Диапазон температур теплоносителя (35— 80) ± 5 °С • Предельное остаточное давление не более 6, 7 Па • Диапазон рабочего давления 15 100 Па • Мощность потребления не более 27 к. ВА