Определение момента окончания травления

Если имеет место боковое травление, размеры элементов и профили их краев можно контролировать, уменьшая степень перетравливания. Перетравливание почти всегда необходимо для компенсации неоднородностей и для переноса рисунка на поверхности ступенчатого рельефа при. Используются различные методы установления момента окончания травления пленки:

1. непосредственное визуальное наблюдение подвергаемой травлению пленки;

2. регистрация оптического отражения от подвергаемого травлению слоя;

3. регистрация изменения концентрации травящих компонентов в плазме методом эмиссионной спектроскопии;

4. анализ продуктов реакции травления с помощью эмиссионной спектроскопии или масс-спектрометрии;

5. измерение изменения полного электрического сопротивления плазмы.

Первые два метода не зависят от площади подложки, подвергаемой травлению, но не приспособлены для применения в условиях процесса неоднородного группового травления. С помощью методов 3, 4 и 5 контролируется травление очень малых участков поверхности подложки, размер которых определяется скоростью травления и чувствительностью детекторов. Для этих методов характерно усреднение неоднородностей. Кроме того, на точность третьего метода оказывает влияние загрузочный эффект.

Побочные эффекты

Травление в реактивных плазменных разрядах сопровождается побочными эффектами. Рассмотрим наиболее важные из этих эффектов.

Осаждение полимеров

Разряды в галогенуглеродных газах приводят к образованию обедненных галогеном фрагментов, способных быстро вступать в поверхностные реакции, продуктом которых являются полимерные пленки. Например, при травлении радикалами CF₃ образуются фторуглеродные пленки. Если такие пленки осаждаются на поверхности подвергаемого травлению материала, они приводят к нежелательному замедлению травления. С другой стороны, если осаждение полимерных пленок можно производить избирательно только на маске или подложке, то достигается очень высокая селективность травления.

Избыток ненасыщенных фрагментов, низкая энергия ионов и условия, способствующие протеканию восстановительных реакций, обычно стимулируют осаждение полимерных пленок. Так, при использовании некоторых газов, например CHF₃, эти пленки могут формироваться на заземленных и находящихся под плавающим потенциалом поверхностях, но в то же время они не осаждаются на поверхностях, к которым подведено напряжение высокой частоты, в условиях облучения их ионами высокой энергии. Аналогично пленки могут образоваться только на поверхности Si, но не SiO₂, поскольку кислород, высвобождаемый в результате травления окисла, вступает в реакции с ненасыщенными фрагментами, образуя летучие соединения.

Осаждение полимерных пленок на внутренних поверхностях реактора вызывает загрязнение подложки атмосферными примесями, в частности водяным паром, и высвобождение газообразных посторонних примесей в процессе последующего плазменного травления.

Радиационные повреждения

Разнообразные частицы высокой энергии (ионы, электроны и фотоны), присутствующие в плазме, создают потенциально опасную среду для изготавливаемых СБИС.

Наблюдаются радиационные дефекты нескольких типов:

1. смещение атомов в результате соударений с ионами высокой энергии; при реактивном травлении этот дефект локализован в приповерхностном слое толщиной не более 10 нм;

2. первичная ионизация в результате разрыва связей Si-O и образования электронно-дырочных пар; этот процесс вызывается фотонами дальнего ультрафиолетового диапазона и мягкими рентгеновскими лучами;

3. вторичная ионизация, при которой электроны, образующиеся вследствие атомных смещений и первичной ионизации, взаимодействуют с дефектами связей Si-O.

Технологический процесс обычно включает последующие высокотемпературные операции, во время которых радиационные дефекты отжигаются.

Основная проблема, связанная с радиационными повреждениями, возникает при образовании нейтральных ловушек после формирования алюминиевой металлизации, когда дальнейший высокотемпературный отжиг исключен. Необходимо контролировать максимальные ускоряющие напряжения, чтобы они не превышали пороговой величины, за которой начинается образование неотжигаемых дефектов.

Примесные загрязнения

Все внутренние поверхности системы реактивного травления подвержены ионной бомбардировке и могут распыляться. Поэтому необходимо обеспечивать правильный выбор материала реактора и контроль ускоряющего напряжения. Загрязнение атомами тяжелых металлов, резко уменьшающими время жизни неосновных носителей, часто наблюдалось в реакторах, изготовленных из нержавеющей стали.

Осаждение распыленных нелетучих материалов на подвергаемую травлению поверхность значительно замедляет или полностью прекращает протекание процесса травления. При осуществлении высокоанизотропного травления даже очень небольшие участки подобных загрязнений представляют серьезную проблему. Другой пример примесного загрязнения, препятствующего травлению, - осаждение полимерных пленок, толщина которых иногда не превышает нескольких атомных монослоев.