Плазмохимическое травление и осаждение. Основные сведения. Профили структур после химического и плазмохимического травления, страница 2

Кроме того, плазмохимическая обработка пригодна для травления диоксида SiO₂, нитрида Si₃N₄ кремния и структур типа Si – SiO₂ - Si₃N₄ и Si - Si₃N₄ – SiO₂, a также молибдена, вольфрама, титана и тантала в плазме фтористого углерода. При его ионизации образуется активный радикал фтора, взаимодействующий с кремнием, его диоксидом, нитридом и тугоплавкими металлами с образованием летучих фторидов.

Скорость травления монокристаллического кремния различна и зaвисит от его кристаллографической ориентации (для плоскости <100> она выше, чем для плоскости <111>). Поликристаллическнй кремнии и нитрид кремния травятся с одинаковой скоростью, но быстрее монокристаллического. Диоксид кремния травится медленнее нитрида примерно в 10 раз.

В качестве маски при травлении кремния во фреоновой плазме может служить специальный фоторезист, который наносят толстым слоем. Так как фреоновая плазма не обладает достаточной селективностью травления, возможно частичное стравливание кремниевой подложки. Лучшие результаты получают, используя в качестве маски пленки нитрида кремния, нанесенные на слой диоксида кремния.

Плазмохимическое травление кремния сопровождается выделением теплоты и, если ее не отводить, может наступить неуправляемое подтравливание. Управляют скоростью травления и выделением теплоты, добавляя в смесь активных газов (CF₄ и 0_?) азот.

Рассмотрим особенности плазмохимического травления пленок диоксида и нитрида кремния.

Плазмохимическое травление пленок диоксида кремния является самой распространенной операцией в планарной технологии изготовления полупроводниковых приборов и микросхем. При этом скорость травления зависит от способа нанесения пленок: быстрее травятся пленки, осажденные из газовой фазы, и медленнее — выращенные термическим окислением. Существенное влияние на скорость травления оказывают также легирующие вещества. Так, пленки диоксида кремния, легированные фосфором, травятся быстрее, а легированные бором — медленнее; промежуточное положение по скорости травления занимают не легированные пленки.

Селективное травление пленок диоксида кремния выполняют в плазме . При давлении 40 Па и плотности тока 6 мА/см² скорость травления термически осажденной пленки диоксида кремния равна 3,33 нм/с. При этих условиях скорость травления поликристаллического кремния составляет 0,67 нм/с, кремния, легированного фосфором, — от 5 до 6,67 нм/с, а нитрида кремния — 10 нм/с.

При травлении в плазме  атомы фтора взаимодействуют с поверхностными слоями диоксида кремния, в результате чего образуются летучие при комнатной температуре фториды кремния. При относительно малом содержании радикалов фтора в плазме скорость травления диоксида кремния по сравнению со скоростью травления кремния увеличивается в 10—15 раз. Это позволяет селективно травить слой диоксида на кремнии, что используют в технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИМС с глубоким (более 1 мкм) залеганием электронно-дырочных переходов. Если глубина залегания переходов мала (около 0,2 мкм), применять селективное травление нецелесообразно.

Плазмохимическое травление нитрида кремния по сравнению с жидкостным химическим обладает некоторыми особенностями: не вспучивается фоторезист, повышается в 2—3 раза точность обработки, которая составляет ±0,5 мкм, и увеличивается более чем в 3 раза ее скорость. Кроме того, появляется возможность определения момента окончания травления по разнице скоростей травления служащего подслоем диоксида кремния и нитрида кремния, которая в 2,5—4 раза выше. При плазмохимическом травлении на пленку нитрида кремния не наносят дополнительного маскирующего слоя, что упрощает технологический процесс.

Последовательность выполнения операций при жидкостном химическом I и плазмохимическом II травлении показана на рис. 4, а-р, из которого видно, что при плазмохимическом травлении выполняется на три операции меньше. Кроме того, травление нитрида кремния можно совместить с удалением фоторезиста в одном технологическом цикле заменой травящего газа (фреона) кислородом или смесью газов (фреона и аргона), используемых для удаления фоторезиста.

Рис.4. Последовательность выполнения операций при жидкостном химическом I и сухом плазменном II травлении нитрида кремния:

а, б – термическое окисление кремния; в, г – осаждение нитрида кремния; д – осаждение оксида кремния; ж, з – нанесение фоторезиста (1 мкм), сушка, экспонирование, проявление, задубливание; е, к, м – при ПХТ не выполняется; и – селективное травление верхнего слоя оксида кремния в буферном затворе плавиковой кислоты; л – удаление фоторезиста; н – селективное травление нитрида кремния в горячей фосфорной кислоте; о – последовательное плазменное травление нитрида кремния и удаление фоторезиста; п, р – селективное травление оксида кремния в буферном растворе плавиковой кислоты; 1 – кремний; 2 – оксид кремния; 3 – нитрид кремния; 4 – фоторезист.