ГЛАВА 4. Процессы плазменной обработки неорганических материалов

1. Место и роль плазмохимических и ионно-плазменных процессов в технологии производства интегральных микросхем

Технологический процесс изготовления ИМС можно свести к последовательности повторяющихся типовых операций (рис. 1), таких как нанесение покрытий и функциональных слоев (проводящих, изолирующих, полупроводниковых), литографию (формирование топологического рисунка на поверхности), травление и очистку поверхности, диффузию и ионное легирование.  При постоянно существующей тенденции к повышению степени интеграции ИМС в первую очередь повышаются требования к качеству проведения «размерных» операций, то есть тех, которые непосредственно определяют геометрические параметры  получаемых элементов (рис. 1г,д). Важнейшими из таких операций являются операции размерного травления, которые по функциональному назначению подразделяются на следующие группы:

• Травление органических материалов. Типичным примером здесь является вскрытие окон в экспонированной фоторезистивной маске (фоторезист - органический светочувствительный полимер) для последующего размерного травления нижележащего слоя.
• Травление неорганических материалов. Набор возможных процессов здесь очень широк и обусловлен широким набором неорганических материалов, применяемых в производстве интегральной кремниевой электроники. Среди таких процессов в первую очередь необходимо отметить размерное травление моно- и поликристаллического Si, диэлектрических пленок SiO₂ и Si₃N₄, а также  пленок некоторых металлов (Al, Cu, Au, W, Mo и др.), используемых для создания межэлементных соединений, контактов, промежуточных и согласующих слоев.

При невысокой степени интеграции ИМС и при характерных размерах элементов не ниже 10 мкм все перечисленные процессы могут реализоваться методами жидкостного травления.  При переходе к субмикронной технологии ИМС жидкостные методы травления становятся неприемлемыми в силу двух основных причин:

1. жидкостное травление носит изотропный характер, то есть скорость его одинакова по всем направлениям. Это создает проблему бокового подтравливания под маску, при этом фактический размер протравленной области в слое под маской существенно превышает заданный размером окна в маске;
2. применение жидкостных методов сопровождается загрязнениями поверхности продуктами реакций и сторонними примесями, содержащимися в исходных реагентах и в воде, использованной для их приготовления. Замена жидкостных методов на «сухие» - плазмохимические и ионно-плазменные - позволяет существенно улучшить анизотропию процесса травления, увеличить его разрешение и дает в руки технолога мощный и гибкий инструмент, с помощью которого можно получать структуры заданной конфигурации и нужных размеров. Меняя состав плазмообразующего газа, параметры разряда можно в широких пределах варьировать скорости целевых процессов, их анизотропию и селективность в соответствии с требованиями, предъявляемыми к размерам и характеристикам изделий.

а)	б)	в)
г)	д)	e)

Рис. 1. Типовые операции в производстве  в производстве ИМС

Анализ литературных данных последних лет, в основном зарубежных, показывает, что развитие технологии плазменной обработки материалов происходит по пути интенсификации и повышения эффективности уже хорошо отработанных и изученных процессов. В этом плане необходимо отметить, что «чистое» плазмохимическое травление, обеспечиваемое только химическим взаимодействием активных частиц плазмы с обрабатываемым материалом, начиная со второй половины 90-х годов, используется очень ограниченно. Подавляющее большинство технологических процессов травления в плазме в настоящее время реализуется в виде ионно-стимулированных и ионно-лучевых процессов, которые сочетают химические и физические эффекты воздействия на обрабатываемый материал. Наибольшее распространение получили такие перспективные методы, как реактивное ионное травление, лазерно-  и фото-стимулированные процессы.