Чистое ПХТ при отсутствии каких-либо кристаллографических эффектов является изотропным.
Для получения анизотропии процесса травление стимулируют бомбардировкой положительными ионами. Известны два механизма стимуляции анизотропного травления ионной бомбардировкой:
1. Создание радиационных нарушений.
2. Формирование пассивирующего слоя на боковых стенках.
Создание радиационных нарушений
Ионы, бомбардирующие кремний, создают радиационные нарушения в кристаллической решетке, простирающиеся в глубину на несколько монослоев от поверхности. Радиационные повреждения катализируют процесс хемосорбции травителя.
Кроме того, химическая реакция с нарушенной областью кристалла протекает с повышенной скоростью, причем глубина и количество радиационных нарушений зависят от энергии ионов.
Формирование пассивирующего слоя на боковых стенках
Определенные газы (например, CHF3, CClF3) или смесигазов (CF4-H2) распадаются в плазме, образуя элементы с ненасыщенными связями и радикалы, способные к полимеризации. Эти элементы, взаимодействуя с поверхностью, формируют адсорбированный слой, а в некоторых случаях - сплошную пленку. Адсорбированный слой замедляет травление, адсорбируя элементы травителя либо препятствуя доступу частиц травителя к подложке. Ионная бомбардировка поверхности удаляет покрытие из ингибиторов, что вызывает анизотропию травления
БОШ – процесс
Для глубокого анизотропного травления используют так называемый БОШ–процесс, который представляет собой чередование двух стадий:
- изоторопного ПХТ;
- осаждения полимера.
Достоинства:
- высокая скорость травления (до 20 мкм/мин);
- возможность управления степенью анизотропии;
- высокая воспроизводимость процесса.
38. Плазмохимическое травление кремния, пленок Si3N4, SiO2.
Травление кремния
Плазмохимическое травление кремния осуществляют во фторсодержащей плазме. Атомы фтора реагируют с кремнием n и p типа проводимости, а
также с SiO2 и Si3N4, образуя летучие соединения.
В качестве источников фтора могут служить молекулы: F2, CF4, C2F6, C3F8, SF6, SiF4, NF3, ClF3, которые при диссоциации в плазме могут образовывать атомарный фтор, а также различные фторсодержащие радикалы. В результате химических реакций с кремнием образуются летучие продукты такие,как SiF2 и SiF4.
Для улучшения эффективности процесса в плазму добавляют кислород, который в атомарном состоянии окисляет углерод до СО и СО2.
ПХТ слоёв SiO2
Используемые газы: C3F8, CHF3, O2, He. C3F8 диссоциирует, образуя химически активные радикалы CFX, а также атомарный фтор: C3F8 + e → 2CFX + 2F + e. Радикалы CFX (главным образом CF3+) взаимодействуют с SiO2 с образованием таких летучих продуктов, как SiF4, CO, CO2, COF2:
CFX + SiO2 → SiF4 + (CO, CO2 COF2).
Кислород способствует лучшему удалению из зоны травления нелетучих углеродсодержащих соединений за счет образования таких газов, как COF2, CO и CO2.
CHF3 при диссоциации образует радикалы CF3+, а также атомарный водород, связывающий атомы фтора:CHF3 → CF3+ + H,
H + F → HF. При добавлении в газовую смесь CHF3 происходит увеличение скорости травления SiO2 за счет увеличения концентрации радикалов CF3+ и уменьшения скорости травления чистого кремния из-за уменьшения концентрации атомов фтора. Это позволяет обеспечить селективность травления SiO2 по отношению к Si на уровне 10:1.
Добавка в газовую смесь гелия позволяет эффективно охлаждать стенки реактора и пластину во время, и после травления, что необходимо для сохранения геометрии фоторезистивной маски.
ПХТ слоёв Si3N4
Используемые газы: SF6, He.
Травление осуществляется атомами фтора, которые освобождаются в плазме гексафторида серы. Поскольку атомы фтора быстрее вступают в реакцию с Si3N4, чем с SiO2, то данный процесс характеризуется селективностью травления Si3N4 по отношению к SiO2. Добавка гелия выполняет функцию хладоагента.
