плазменные технологии в микроэлектронике. часть 2....

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ

Часть 2

Особенности радикального травления полупроводниковых материалов в галогенсодержащей плазме

Учебно-методическое пособие для вузов

Воронеж Издательский дом ВГУ

2014

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2

Утверждено научно-методическим советом физического факультета 24 ап-реля 2014 г., протокол № 4 Составители: Л.Н. Владимирова, Ю.И. Дикарев, В.М. Рубинштейн, В.И. Петраков Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Терехов Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре физики полупро-водников и микроэлектроники физического факультета Воронежского го-сударственного университета. Рекомендуется для студентов 3-го курса дневного отделения физического факультета, обучающихся по программе подготовки бакалавров. Для направлений: 210100 – Электроника и микроэлектроника, 011800 – Ра-диофизика (профиль подготовки – Микроэлектроника и полупроводнико-вые приборы)


3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ................................................................................................................. 4 1. Теоретическая часть .......................................................................................... 5

1.1. Элементарные процессы и реакции в плазме под действием электронного удара ................................................................................ 5

1.1.1. Механизмы генерации химически активных частиц ................ 5 1.1.2. Рекомбинация химически активных частиц .............................. 7 1.1.3. Уравнение непрерывности и его решение для химически активных частиц в разрядной зоне ................. 11

1.2. Определение времени жизни, диффузионной длины и коэффициента диффузии химически активных частиц при радикальном травлении ............................................................... 13

2. Экспериментальная часть ............................................................................... 16 2.1. Экспериментальная установка ........................................................... 16 2.2. Методика эксперимента ...................................................................... 17

Контрольные вопросы ........................................................................................ 19 Литература ........................................................................................................... 19 Приложение ......................................................................................................... 20


4

ВВЕДЕНИЕ Плазмохимическое травление (ПХТ) является одним из важнейших

технологических процессов, применяемых в производстве ИМС. Наиболее перспективной разновидностью ПХТ является травление химически актив-ными частицами (ХАЧ) – свободными атомами и радикалами. Оно называ-ется радикальным травлением (РТ). При РТ ХАЧ образуются в плазменном разряде и при помощи диффузии, газового потока и конвекции транспорти-руются в реакционную зону, экранированную от воздействия заряженных частиц, а иногда и УФ-излучения при помощи перфорированных металли-ческих экранов, магнитных полей и других способов разделения реакцион-ной и разрядной зон.

По сравнению с другими, более жесткими разновидностями плазмен-ного травления, РТ обладает такими преимуществами, как более низкая тем-пература обрабатываемых подложек, возможность достижения более высо-ких параметров селективности травления различных материалов, широкое использование фоторезистов, отсутствие ионной бомбардировки и т.д.

Следует учитывать, что РТ обеспечивается только химической реак-цией между активными частицами и атомами обрабатываемого материала, поэтому его основным недостатком является изотропность, т.е. равенство скорости травления по нормали к поверхности и скорости бокового под-травливания.

Для разработки технологических процессов и оборудования для РТ необходимо учитывать такой важный кинетический параметр радикального травления, как время жизни ХАЧ (τхач).

Целью данной работы является изучение особенностей радикального травления и измерение времени жизни ХАЧ, участвующих в таком процессе.


5

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Элементарные процессы и реакции в плазме под действием электронного удара

1.1.1. Механизмы генерации химически активных частиц

Плазма пониженного давления является интересным объектом, изу-

чаемым физикой газового разряда. К плазме можно отнести ионизирован-ный газ, в котором отсутствует сколь-нибудь заметное разделение разно-именных зарядов, т.е. плазма электронейтральна в каждом своем малом объеме. Для плазменной среды характерен столкновительный характер взаимодействия частиц друг с другом, в результате чего реализуются такие элементарные акты взаимодействия, как возбуждение, ионизация, диссо-циация и др.

В газоразрядной плазме низкого давления ХАЧ образуются в результа-те процессов, которые условно можно разделить на четыре группы: реакции под действием электронного удара; реакции при неупругих столкновениях между тяжелыми частицами; гетерогенные реакции; реакции под действием излучения плазмы (табл. 1).

Основным механизмом образования ХАЧ в низкотемпературной плаз-ме является диссоциация молекул рабочего газа под действием электронно-го удара. В результате диссоциации образуются валентно ненасыщенные частицы – свободные радикалы. Эти частицы характеризуются наличием неспаренных электронов и обладают чрезвычайно высокой химической ак-тивностью. Для обозначения радикалов используют точку, означающую не-спаренный электрон (Сl*, Вr*, F*, Н*, Na* и др.).

Механизмом, наиболее часто приводящим к образованию радикалов, является отщепление атомов водорода, галогенов, серы и кислорода из со-единений. Отщеплен может быть более чем один атом,

CF4 + e → CF2

•• + F2 + e, (1.1)

или может быть разорван скелет молекулы с образованием сложных ради-калов

C2F6 + е → CF3* + CF3*+ е. (1.2) Диссоциация возможна как через электронные состояния, лежащие

выше предела диссоциации, с распадом на нейтральные фрагменты, так и с образованием положительных или отрицательных ионов в результате дис-социативной ионизации или диссоциативного прилипания электрона к мо-лекуле. Рассмотрим реакции диссоциации на примере молекулы CF4:

CF4 + е → CF3

•+ F•+ е, (1.3)


6

CF4 + е → CF4

++ F• + 2е, (1.4)

CF4 + e → CF3•+ F–. (1.5)

Таблица 1.1

Типы реакций, протекающих в плазме Тип реакции Схема

Реакции под действием электронного удара (е) Возбуждение Диссоциативное прилипание Диссоциация Ионизация Диссоциативная ионизация

АВ + е → АВ* + е АВ + е → АВ*→А* + В АВ* → А *+ В* + e АВ + е → АВ* → А + В + е АВ + е → АВ* + 2е АВ + е → А* + В + 2е

Реакции при неупругих столкновениях между тяжелыми частицами Диссоциация Пеннинга Ионизация Пеннинга Перезарядка Ионизация при столкновении Ион-атомная рекомбинация Ион-ионная рекомбинация Электрон-ионная рекомбинация Атомная рекомбинация Атомный перезахват Атомное дополнение

М* + А2 → 2А + М М* + А2 → А2

+ + М + е М+ + А2 → А + М М– + А2 → А2

– + М М + А2 → А2

+ + М + е А– + А → А2 + е М– + А2

+ → А2 + М М–+ А → 2А + М е + А2

+→ 2А е + А2

+ + М → А2 + М 2А + М → А2 + М А + ВС → АВ + С А + ВС + М → ABC + М

Гетерогенные реакции (Rn – поверхность твердого тела) Атомная рекомбинация Стабилизация частиц Распыление

Rn – A + A → S + A2 Rn – B + A → S + AB Rn + А* → S + А Rn + АВ* → S + АВ Rn – А + М+ → S + А + М

Реакции под действием излучения плазмы (hv) Диссоциация Ионизация Возбуждение

АВ + hv → А + В АВ + hv → А+ + В– АВ + hv → АВ*

Наличие в плазме ВЧ-разряда F•, CF3

•, CF3+ и F– подтверждает, что

могут иметь место все указанные выше каналы диссоциации. Однако экспе-


7

риментальные данные показывают, что более 75 % диссоциирующих моле-кул распадаются на радикалы CF3

• и F• по схеме (1.3). В газоразрядной плазме сильно электроотрицательных газов (SF6,

ССl4 и др.) диссоциативное прилипание может стать основным каналом об-разования ХАЧ:

SF6 + е → (SF6

–)* → SF5¯ + F•, (1.6)

SF6 + е → (SF6

–)* → SF5*+ F–. (1.7) Диссоциативным прилипанием электрона к молекуле CF4 в плазме,

которая обычно используется для РТ, можно пренебречь. Этот механизм вносит заметный вклад в диссоциацию молекулы CF4 лишь при очень ма-лой мощности разрядов.

Малый вклад диссоциативной ионизации, приводящей к образованию положительных ионов и радикалов по схеме (1.4), связан с тем, что средняя энергия электронов в разряде Еэ (3–6 эВ) значительно ниже пороговой энер-

гии ионизации ( ) молекул рабочего газа. Для молекул CF4 = 16 эВ, а максимум сечения процесса σmax(Еэ) наблюдается при значениях Еэ.max = = 70 эВ. Поэтому можно считать, что в ВЧ-разрядах CF4 основным каналом генерации радикалов F* является диссоциация молекул по схеме (1.3) и, следовательно,

, (1.8)

Где ,•F

G GCF3• – скорости генерации радикалов F* и CF3* в зоне разряда; nэ, nCF4 – концентрации электронов и молекул CF4 в плазменной зоне реактора; k1– константа скорости реакции (1.3), определяемая выражением

(1.9)

Здесь тэ – масса электрона; пор

дисE – пороговая энергия диссоциации; σдис(Еэ) – сечение диссоциации; fэ(Eэ) – функция распределения электронов по энергиям.

1.1.2. Рекомбинация химически активных частиц

В результате столкновений радикалов с различными частицами плаз-

мы происходит их дезактивация в процессах рекомбинации. Причем для


8

простейших радикалов эффективность рекомбинации близка к единице, т.е. почти каждое столкновение приводит к дезактивации. Для сложных ради-калов эффективность рекомбинации падает из-за возможности перераспре-деления внутренней энергии по связям.

Рекомбинация радикалов осуществляется как в гетерогенных процессах

CF3• + F• + Rn → CF4* + Rn, (1.10)

F• + F• + Rn → F2

• + Rn, (1.11)

CF3• + CF3

• + Rn → C2F6* + Rn, (1.12) так и в гомогенных

CF3• + F• + M → CF4* + M, (1.13)

F• + F• + M → F2* + M, (1.14)

CF3

• + CF3• + M → C2F6* + M, (1.15)

где M – третья частица, роль которой обычно играет молекула плазмообра- зующего газа, в данном случае CF4; Rn – поверхность твердого тела (стенки реактора, электроды и т.п.).

В плазме CF4 без добавок О2 количество образующегося C2F6 очень мало, поэтому реакциями (1.12) и (1.15) можно пренебречь.

Скорость гибели ХАЧ в единице объема реактора за счет процессов гомогенной рекомбинации (Rгом) можно записать в виде

= , (1.16)

= . (1.17)

Скорость восстановления молекул CF4:

, (1.18)

где k2 и k3 – константы скоростей реакций; nF, nCF•3, nM – концентрация F•, CF3

• и «тушащих» частиц М. Рекомбинация фтора по механизмам (1.10) и (1.13) более вероятна,

чем по механизму (1.11) и (1.14). Вероятность реакции (1.10) возрастает с понижением давления, а реакции (1.13) – с повышением.


9

Реакция (1.13) протекает в две стадии. На первой стадии из-за пере-распределения энергии взаимодействия по связям образуется короткожи-вущая возбужденная частица CF4

* по схеме

CF3• + F• → CF4*, (1.19)

на второй стадии избыточное количество энергии передается третьей час-тице М с образованием стабильной молекулы CF4:

CF4

• + М → CF4 + М. (1.20)

Если CF4* не сталкивается с третьей частицей М, то происходит ее распад:

CF4

* → CF3• + F•. (1.21)

Скорость рекомбинации атомов фтора и радикалов CF3

• по механизму (1.13) можно выразить следующим образом:

, (1.22)

где – собственно диаметры, молекулярные (атомные) массы и стационарные концентрации радикалов CF3

• и атомов F•; ТХАЧ – температура атомов фтора и радикалов CF3•, кото-

рая в первом приближении равна температуре молекул CF4; R0 – газовая по-стоянная.

Так как , то в выражении (1.22) независимыми остаются только концентрации nF• и nCF3•. Если начальная концентрация молекул CF4 в плазмохимическом реакторе равна nмн, а концентрация молекул CF4 в плазме разряда –nмн, то

, (1.23)

где nХАЧ – концентрация ХАЧ в плазме. Подставив (1.23) в (1.22) и проведя вычисления, получим

. (1.24) Процессы диссоциации молекул CF4 и рекомбинации атомов F• с ра-

дикалами CF3• в плазме разряда со временем приходят в равновесие, по-


10

этому, приравняв выражение для скорости генерации и рекомбинации для CF3

• и F•, получим

, (1.25)

где В = (ne / TХАЧ1 / 2)(220Te

1 / 2 + 3,05 · 10–3Te3 / 2)exp(–1,45 · 10–5 / Te).

Определив температуру и концентрацию электронов а плазме, а также температуру газа в реакторе, можно по формуле (1.25) вычислить ста-ционарные концентрации молекул CF4, атомов F• и радикалов CF3

• в плазме разряда.

Приведенная методика расчета стационарной концентрации ХАЧ в плазменной зоне реактора проведена для случая, когда скорость гибели ХАЧ определяется процессом гомогенной рекомбинации.

Однако основным каналом гибели ХАЧ может быть и гетерогенная рекомбинация на стенках и поверхностях реактора. Этот процесс состоит из двух стадий: диффузии ХАЧ к стенкам реактора и захвата ХАЧ стенками. Наиболее медленная из этих стадий определяет скорость гетерогенной ре-комбинации. Если лимитирующей стадией является диффузия, то гетеро-генная рекомбинация называется диффузионной и ее скорость характери-зуется скоростью диффузии ХАЧ к стенкам реактора, а если лимитирует процесс реакция взаимодействия с поверхностью, то такая стадия называ-ется кинетической.

При кинетической гетерогенной рекомбинации вероятность взаимо-действия ХАЧ с поверхностью α < 10–3, поэтому пХАЧ в плазменной зоне стационарна и не зависит от времени.

Скорость гетерогенной рекомбинации ХАЧ равна произведению чис-ла ХАЧ, ударяющихся о поверхность, на вероятность их взаимодействия с поверхностью, деленному на объем плазменной зоны Vn:

, (1.26)

где Sn – площадь поверхности, тХАЧ – масса ХАЧ. В стационарном состоянии Rгет = GХАЧ, поэтому

. (1.27) Подставляя в (1.27) GXAЧ из (1.8), можно определить стационарную

концентрацию ХАЧ.


11

При диффузионной гетерогенной рекомбинации Rгет велика и α близ-ка к единице. В этом случае стационарная концентрация ХАЧ определяется из решения уравнения непрерывности.

1.1.3. Уравнение непрерывности и его решение

для химически активных частиц в разрядной зоне Выведем уравнение, описывающее изменение концентрации ХАЧ в

элементе объема плазмы цилиндрического реактора. Будем считать, что в зоне плазмы (рис. 1) в направлении оси х суще-

ствует положительный градиент концентрации ХАЧ dnp / dx > 0 и газовый поток со скоростью Vr, вызванный перепадом давлений Р1 > Р2. Тогда изме-нение числа ХАЧ в слое dx, расположенном перпендикулярно оси х и имеющем единичную площадь поперечного сечения, за время dt составит

, (1.28)

где np(x, t), np(x, t + dt) – концентрация ХАЧ в слое в момент времени t и t + dt.

Рис. 1. Направление потоков в зоне плазмы Изменение концентрации ХАЧ в слое вызывается протекающими в

нем процессами генерации, рекомбинации, диффузии (за счет градиента концентрации) и потока (за счет градиента давления).

За время dt в слое объемом dx создается G ⋅ dt ⋅ dx и рекомбинирует R ⋅ dt ⋅ dx ХАЧ, где G и R – скорости генерации и рекомбинации ХАЧ.

Наличие градиента концентрации и газового потока со скоростью Vг приводит к тому, что поток ХАЧ Jp(x), втекающий в слой dx, не равен


12

Jp(x + dx), вытекающему из слоя. Изменение числа ХАЧ в слое dx, связан-ное с различием этих потоков,

dxdt. (1.29)

Тогда полное изменение числа ХАЧ в плазме в слое dx из (1.28) и

(1.29)

. (1.30)

Сократив правую и левую части выражения (1.30) на dt ⋅ dx, получим

уравнение непрерывности для ХАЧ в плазме:

. (1.31) Поток ХАЧ Jp удобно выразить в виде двух составляющих: газового

Jp.г. = Vr ⋅ np и диффузионного Jp.д. = –Dp(∂np / ∂x), где Dp – коэффициент диффузии ХАЧ. Тогда полный поток ХАЧ

Jp = –Dp(∂np / ∂x) + Vrnp. (1.32)

Подставив (1.32) в (1.31), найдем

. (1.33)

Для стационарного случая, когда ∂np / ∂t = 0, уравнение непрерывности принимает вид

. (1.34)

В трехмерном случае, когда газовый поток является функцией коор-

динат, уравнение непрерывности (1.33) выглядит так:

, (1.35)


13

где и , а – единичные век-торы вдоль осей координат.

Доставка ХАЧ к поверхности, подвергаемой травлению, может осу-ществляться за счет молекулярного потока, диффузии, конвекции или со-вместного действия двух последних. Если размеры реактора l много меньше длины свободного пробега λХАЧ (l << λХАЧ), то доставка активных частиц протекает за счет молекулярного потока; если же l >> λХАЧ, то доставка осуществляется за счет диффузных процессов. В переходной области l = = λХАЧ может быть использован метод сложения сопротивлений.

1.2. Определение времени жизни, диффузионной длины и коэффициента диффузии химически активных частиц

при радикальном травлении При радикальном травлении, как уже отмечалось, обрабатываемые

изделия находятся вне разрядной зоны, а удаление поверхностных слоев осуществляется за счет химических реакций материала с ХАЧ, создавае-мыми в зоне разряда. К месту взаимодействия ХАЧ из разрядной зоны дос-тавляются в результате диффузии или газового потока. Так как в реакцион-ной зоне не происходит генерация ХАЧ, то по мере удаления от места раз-деления разрядной и реакционной зон из-за рекомбинационных процессов их концентрация будет уменьшаться.

Рассмотрим уравнение непрерывности для стационарного случая после выхода ХАЧ из зоны плазменного разряда, тогда в (1.35) G = 0 и R = np / τр, где np, τр – концентрация и время жизни ХАЧ. Уравнение для изменения кон-центрации ХАЧ будет иметь вид

. (1.37)

Граничные условия: при х = 0 концентрация ХАЧ np(0), а при х → ∞ np → 0. Решением уравнения (1.37) с учетом граничных условий является

. (1.38)

Если τp >> 4Dp2 / Vr

2, то выражение (1.38) превращается в


14

. (1.40)

Величина , имеющая размерность длины, называется диффузионной длиной ХАЧ. Физический смысл диффузионной длины ясен из (1.40). Это расстояние, на котором концентрация ХАЧ уменьшается в е раз. Другими словами, это среднее расстояние, на которое диффундирует ХАЧ за время своей жизни.

Для реакций первого порядка скорость травления прямо пропорцио-нальна концентрации активных частиц. Поэтому Lp можно легко найти из зависимости Vmp = f(L) (рис. 2), где L – расстояние от места генерации ХАЧ до места травления. На расстоянии L = LPVmp уменьшается в е = 2,7 раза.

Так как в большинстве плазмохимических процессов степень диссо- циации молекул травящего газа не превышает нескольких процентов, то можно считать, что образующиеся при этом ХАЧ диффундируют в реакци-онной зоне между молекулами плазмообразующего газа.

Рис. 2. Зависимость Vтр = f(L) Тогда, например, для CF4 коэффициент диффузии F• между молеку-

лами CF4

, (1.41)


15

где k = 1,3 ⋅ 10–23 Дж / град – постоянная Больцмана; Т и Р – температура и дав-

ление газа в реакционной зоне; – радиусы и массы F• и CF4. Зная Lp и Dp, можно определить τр:

. (1.42)

Это выражение получено при условии τp << 4Dp2 / Vr

2. Скорость потока газа через реактор

, (1.43)

где Q – поток газа; R0 – радиус реактора; Ратм – атмосферное давление. Методику определения τр можно использовать и для других систем

радикального травления, рабочих газов и материалов при условии, что: – при диссоциации молекулы рабочего газа образуется только одна

частица, участвующая в травлении; – материал реакционной камеры не вступает во взаимодействие с

ХАЧ; – реализуется реакция первого порядка; – в целях исключения загрузочного эффекта использованы образцы

малых размеров.


16

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Экспериментальная установка Установка для определения времени жизни ХАЧ при радикальном

травлении показана на рис. 3.

Рис. 3. Блок-схема экспериментальной установки: 1 – кварцевая труба РРК; 2 – индуктор; 3 – заземленный экран; 4 – алюминиевый ста-кан с перфорированным дном; 5 – образец; 6 – откачной фланец; 7 – датчик давления;

8 – вакуумный вентиль; 9 – резервуар с газом; 10 – измеритель газового потока; 11 – натекатель

Она состоит из следующих основных блоков: – реакционно-разрядная камера (РРК); – генератор ВЧ-колебаний; – система подачи рабочего газа; – система вакуумной откачки; – блок управления. РРК представляет собой кварцевый цилиндр, разделенный перфори-

рованным диском на две камеры: разрядную и реакционную. В качестве источника возбуждения плазмы использован ВЧ-генератор

с частотой 13,56 МГц. Мощность ВЧ-генератора регулируется изменением напряжения на аноде генераторной лампы. Для согласования импедансов ВЧ-генератора имеется соответствующее устройство.


17

Система подачи в РРК рабочего газа состоит из резервуара с рабочим газом, устройства для определения расхода газа, натекателя и соединяющих трубок. Предварительная откачка из РРК и удаление продуктов реакций осуществляется при помощи форвакуумного насоса 2НВР-5ДМ. Кроме не-го, система откачки включает вакуумметр, датчик давления, вентили и ва-куумпроводы. Установка имеет блок управления работой форвакуумного насоса и ВЧ-генератора.

В реакционную камеру для проведения исследований помещается кремниевый образец, изготовленный в форме прямоугольника длиной 100 мм и шириной 5 мм. На поверхность образца напылена пленка Al. На рабочей стороне образца в пленке Al через каждые 10 мм вскрыты попереч-ные полоски шириной 100 мкм.

2.2. Методика эксперимента

Внимание! Ввиду использования в установке напряжения свыше

1000 В все эксперименты по травлению проводить в присутствии препода-вателя.

Рекомендуется придерживаться следующего порядка. 1. Тумблером «Вкл» на щитке управления включить установку. 2. Закрепить образец в держателе и поместить его внутрь реакцион-

ной камеры вплотную к перфорированному диску. 3. Закрыть реакционную камеру откачным фланцем. 4. Придерживая откачной фланец, кнопкой «Кн. 1» включить вакуум-

ный насос. При этом вакуумный насос откачивает из РРК остаточный газ, фланец прижимается к торцу кварцевой трубы.

5. Подключить датчик ПМТ-6 к вакуумметру 13ВТ-003, включить ва-куумметр, измерить давление в РРК.

6. По достижении разрежения 5–10 Па натекателем (11) (рис. 3) уста-новить необходимое давление и расход газа. Для измерения расхода газа необходимо:

а) повернуть напускной кран из положения в положение и одно-временно включить секундомер, засекая время пооднятия жидкости в левой части U-образной трубки до отметки 5 см, после чего быстро (!) вернуть кран в первоначальное положение;

б) рассчитать расход газа по формуле

,

где Qг – расход газа, t – время поднятия жидкости в левом колене U-образной трубки до высоты 5 см.


18

7. После установления рабочего давления в камере во избежание пе-регорания датчика ПМТ-6 от электромагнитного импульса при зажигании плазмы:

а) выключить вакуумметр 13ВТ-003; б) отсоединить датчик ПМТ-6 от вакуумметра. 8. Кнопкой «Кн. 2» включить накал генераторной лампы. 9. Кнопкой «Кн. З» включить подачу напряжения на анод ВЧ-гене-

ратора. 10. Ручкой «Рег. Н» по вольтметру «Пр. З» установить анодное на-

пряжение Uг. 11. С помощью системы согласования установить максимум свечения

разряда. Зафиксировать значения Ia (анодный ток) и Ic (сеточный ток) и данные занести в тетрадь.

12. Провести травление образца в течение заданного времени, после чего «Кн. 2» отключить накал, «Кн. 3» – ВЧ-напряжение.

13. Закрыть вакуумный вентиль 8 (рис. 3). 14. Придерживая (!) откачной фланец, напустить в РРК атмосферный

воздух. 15. Извлечь из реакционной камеры обработанный образец. 16. Пункты 2–15 повторить для трех давлений или трех различных га-

зов (по указанию преподавателя). Для расчетов принять:

Т = 500 К. Экспериментальные результаты оформить в виде графической зави-

симости Vтр = f(L) и табл. 2.1. Таблица 2.1

Режимы Параметры U, В Ia, мА Ic, мА Qг, см3 / мин Р, Па Lp, мм Dp, м2 / с τр, мкс

Сделать выводы по результатам проделанной работы.


19

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Дайте определение низкотемпературной газоразрядной плазмы. 2. Что такое химически активные частицы? 3. Чем определяется время жизни химически активных частиц? 4. Какие столкновения в плазме ответственны за процессы ионизации

и диссоциации? 5. Что такое гетерогенная реакция? 6. Какова роль поверхности в протекании гетерогенных процессов в

плазме? 7. Приведите примеры реакций диссоциации и ионизации под дейст-

вием электронного удара для молекул фреонов (CF4, C3F8 ,C2F6 и др.). Объ-ясните причину различия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ефремов А.М. Вакуумно-плазменные процессы и технологии :

учебное пособие / А.М. Ефремов, В.И. Светцов, В.В. Рыбкин. – Иваново : Изд-во Иван. гос. хим.-технол. ун-та, 2006. – 260 с.

2. Плазменная технология в производстве СБИС / под ред. Н. Айнс-прука и Д. Брауна. – М. : Мир, 1983. – 469 с.

3. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для травле-ния и очистки материалов / Б.С. Данилин, В.Ю. Киреев. – М. : Энергo-атомиздат, 1987. – 264 с.

4. Григорьев Ф.И. Плазмохимическое и ионно-химическое травление в технологии микроэлектроники : учебное пособие / Ф.И. Григорьев. – М. : Изд-во Моск. гос. ин-та электроники и математики, 2003. – 48 с.

5. Киреев В.Б. Плазмохимическое и ионно-химическое травление микроструктур / В.Б. Киреев, Б.С. Данилин, В.И. Кузнецов. – М. : Радио и связь, 1983. – 126 с.


20

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1 Значения коэффициента диффузии атомов F• в SF6 (см2 / с)

Давление, Па

Температура, К 300 350 370 400 450 500

13 1400 1762 1923 2169 2585 3031 20 915 1145 1250 1410 1680 1970 30 610 763 833 940 1120 1313 40 458 573 625 705 840 985 50 366 458 550 564 672 788 60 305 382 417 470 560 657 67 273 342 373 421 501 588 100 183 229 250 282 336 394 133 138 172 188 212 253 296

Таблица 2

Значения коэффициента диффузии атомов F• в CF4 (см2 / с) Давление,

Па Температура, К

300 350 370 400 450 500 13 6515 8138 8892 10015 11962 14023 20 4235 5290 5780 6510 7775 9115 30 2823 3527 3853 4340 5183 6077 40 2118 2645 2890 3255 3888 4558 50 1694 2116 2312 2604 3110 3646 60 1412 1763 1927 2170 2592 3038 67 1264 1579 1725 1943 2321 2721 100 847 1058 1156 1302 1555 1823 133 637 795 869 979 1169 1371

Таблица 3

Значения скорости газового потока через реактор диаметром 70 мм (см / с)

Расход газа, см3с–1

Давление, Па 13 20 30 40 50 60 67 100 133

0,1 20,2 13,13 8,75 6,56 5,25 4,38 3,92 2,63 1,97 0,2 40,4 26,26 17,51 13,13 10,5 8,75 7,84 5,25 3,95 0,4 80,8 52,52 35,01 26.26 21,01 17,51 15,68 10,50 7,90 0,6 121,2 78,78 52,52 39,39 31,51 26,26 23,52 15,76 11,85 0,8 161,6 105,04 70,03 52,52 42,02 35,01 31,36 21,01 15,70 1,0 202 131,3 87,53 65,65 52,52 43,77 39,19 26,26 19,74 1,2 242,4 157,56 105,04 78,78 63,02 52,52 47,03 31,51 23,69


21

Таблица 4 Значения скорости газового потока через реактор

диаметром 90 мм (см / с) Расход

газа, см3с–1 Давление, Па

13 20 30 40 50 60 67 100 133 0,1 12,22 7,94 5,29 3,97 3,18 2,65 2,37 1,59 1,19 0,2 24,43 15,88 10,59 7,94 6,35 5,29 4,74 3,18 2,39 0,3 36,65 23,82 15,88 11,91 9,53 7,94 7,11 4,76 3.58 0,4 48,86 31,76 21,17 15,88 12,70 10,59 9,48 6,35 4,/8 0,5 61,08 39,7 26,47 19,85 15,88 13,23 11,85 7,94 5,97 0,6 73,29 47,64 31,76 23,82 19,06 15,88 14,22 9,53 7,16 0,8 97,72 63,52 42,35 31,76 25,41 21,17 18,96 12,70 9,55 1,0 122,15 79,4 52,93 39,7 31,76 26,47 23,70 15,88 11,94 1,2 146,58 95,28 63,52 47,64 38,11 31,76 28,44 19,06 14,33


22

Учебное издание

ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ

Часть 2

Особенности радикального травления полупроводниковых материалов в галогенсодержащей плазме

Учебно-методическое пособие для вузов

Составители:

Владимирова Людмила Николаевна, Дикарев Юрий Иванович,

Рубинштейн Владимир Михайлович, Петраков Владимир Иванович

Корректор В.П. Бахметьев

Компьютерная верстка Е.Н. Комарчук

Подписано в печать 17.06.2014. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 50 экз. Заказ 422

Издательский дом ВГУ.

394000, г. Воронеж, пл. Ленина, 10

Отпечатано в типографии Издательского дома ВГУ. 394000, г. Воронеж, ул. Пушкинская, 3


плазменные технологии в микроэлектронике. часть 2....

Healthcare