Лабораторная работа 7

ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

(4 часа)

Цель работы проведение процесса плазмохимического травле­ния, определение коэффициента селективности плазмохимического травления и сопоставление результатов, полученных при статистическом моделировании и экспериментально по геометрическому рельефу поверхности.

7.1. Теоретическое введение

Плазмохимическое травление (ГОСТ) находит все большее приме­нение в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем, заменяя традиционные химические методы травления поверхно­сти кремния, тонких пленок и удаления фоторезиста. ПХТ существен­но уменьшает стоимость производства, повышает разрешающую спо­собность фотолитографии, улучшает чистоту поверхности, сокращает потребление агрессивных жидких реактивов, а также позволяет ре­шить вопросы автоматизации технологических процессов производст­ва больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших (СБИС).

7.1.1. Физико-химические основы высокочастотной плазмы

Для проведения плазмохимических процессов используют, как правило, высокочастотную (ВЧ) газоразрядную плазму пониженного давления. Высокочастотная плазма имеет ряд преимуществ по срав­нению с плазмой на постоянном токе. В реакционном пространстве ВЧ газового разряда достигается лучшая однородность распределе­ния электрически нейтральных активных молекул, атомов и заря­женных частиц.

Под действием высокочастотного электрического поля электроны плазмы, как наиболее легкие по массе частицы, многократно изменяют направление своего движения в соответствии с частотой лого поля. На пути своего движения электроны сталкиваются с атомами и молекулами газовой средь, передавая им часть своей энергии. Основная часть энергии электронов передается атомам и молекулам среды в результате неупругих столкновений. Этим обеспечивается более эффективная активация газовой среды, сопровождающаяся увеличением концентрации возбужденных и ионизированных атомных частиц газа по сравнению с плазмой на постоянном токе. В общем случае процесс передачи энергии электрического поля газовым частицам в результате неупругих взаимодействий играет основную роль в химических процессах, протекающих в газовом разряде. В результате неупругих взаимодействий протекают различные процессы, основными из которых являются возбуждение, ионизация частиц и диссоциация молекул. Энергия, поглощенная при неупругих взаимодействиях, может быть 0,01...0,1 эВ при возбуждении частиц и более 10 эВ - при ионизации.

При упругих соударениях молекула или атом среды остаются в невозбужденном состоянии, но приобретают кинетическую энергию, составляющую часть, равную 2m/М исходной кинетической энергии электронов (m и М - масса электрона и газовой частицы соответственно). Даже для самых легких атомов эта энергия очень мала, что приводит к незначительному повышению кинетической энергии молекул или атомов и только при многократном соударении вызывает небольшой рост температуры газа.

Плазма газового разряда пониженного давления является неравновесной, что обусловлено существенным превышением средней энергии электронов над средней энергией ионов, атомов, радикалов и молекул газовой среды.

Скорость реакций возбуждения, диссоциации и ионизации, связанных с электронными столкновениями, может быть оценена по формуле:

- концентрация электронов;

N_m - концентрация молекул, взаимодействующих с электронами;

К - константа скорости реакции, определяемая по формуле: