4.3. Ионно-плазменное травление

Ионно-плазменное травление поверхности подложек происходит за счет ее бомбардировки положительными ионами. При этом энергия ионов должна превышать энергию связи атомов обрабатываемого материала (~60 эВ для ). Следует так же учитывать, что скорости ионного травления самых различных веществ отличаются мало.

Для бомбардировки используются ионы инертных газов, доставляемые посредством дрейфа в электрическом и/или электромагнитном поле из области тлеющего разряда. Тлеющий разряд зажигается между анодом и катодом при давлении инертного газа около 6,67 Па. При этом наличие специального анода необязательно, поскольку его роль могут играть заземленные части установки. Катодом служит само обрабатываемое вещество. Ионы должны падать перпендикулярно поверхности катода, чтобы исключить боковое подтравливание.

Побочным эффектом бомбардировки являются радиационные нарушения. В случае малых ускоряющих напряжений (до 1,5 кВ) их роль мало заметна.

Для ионного травления используется источник мощностью до 1 кВт при рабочей частоте 13,56 МГц. При этом на катоде может располагаться до 10 кремниевых пластин. Прикладываемое к электродам напряжение может быть постоянным или переменным. Используя переменные ускоряющие напряжения с частотой порядка 10-20 МГц, можно травить практически любые материалы. Таким образом, имеется возможность селективной обработки пластин как при фотолитографии.

Управление скоростью обработки достигается изменением подводимой мощности. Для малых плотностей мощности характерна линейная зависимость скорости травления, которая позволяет наиболее точно регулировать количество удаляемого вещества:

Рис. 4.5. Параметры ионного травления SiО₂:

а) зависимость удаляемого слоя h от времени травления t при T=190°C в Ar;

б) скорость травления V_тр в зависимости от удельной мощности P

при U_уск = 1200 В

Ионное травление обеспечивает удаление слоев вещества с точностью до 30 нм. Высокая разрешающая способность метода позволяет использовать его при получении рисунка схем в процессах фотолитографии. При плотностях ВЧ-мощности свыше 2,5 Вт/см² скорость травления растет быстрее из-за нагрева обрабатываемой поверхности и линейная зависимость нарушается. Сильное влияние на скорость травления оказывает участие в процессе активных газов – кислорода и водорода. При добавлении 10% любого из этих газов скорость травления органических веществ, в частности фоторезистов, возрастает, а неорганических – падает, т.е. селективность обработки увеличивается. Увеличение скорости травления органических веществ объясняется тем, что к ионному травлению добавляется химический процесс.

Итак, основным достоинством ионного травления является универсальность. Данный метод можно применять для обработки широкого диапазона материалов и при сравнительно небольшой температуре (100-200°С). Ионное травление может быть использовано для травления многослойных структур, несовместимых с точки зрения жидкостной и термохимической обработки. Уникальной особенностью ионного травления является отсутствие подтравливания при создании локальных углублений.

Есть у метода ионно-плазменного травления и недостатки. Одним из них является селективность, т.е. в результате стравливания слоя оксида кремния вместе с ним может быть удален и поверхностный слой кремния (подложки).