ЕФЕКТ запізнювання в плазмохімічного травлення КРЕМНІЮ
Запевалін Олександр Іванович
Пензенський державний університет
аспірант кафедри «Приладобудування»
анотація
У статті розглядається ефект запізнювання, що виникає в плазмохімічному процесі травлення високо-аспекту канавок різної ширини. Наведено деякі методи мінімізації впливу цього ефекту на процес. Розглядаються роль тиску і часи циклів травлення / осадження на ефект запізнювання.
LAG EFFECTS IN THE PLASMA ETCHING OF SILICON
Zapevalin Alexander Ivanovich
Penza State University
Postgraduate of "Instrument making" department
Abstract
The article discusses the Lag-effect occurring in the plasma-chemical etching process high-Aspect trenches of varying widths. Are some ways to minimize the influence of this effect on the process. Discusses the role of pressure and cycle times of etching / deposition on the Lag-effect.
У процесах травлення в плазмі, чиста швидкість травлення зменшується з ростом аспектного співвідношення канавок. Крім того, зменшується вплив іонів, які досягнувши дна канавки, зрушують процес травлення в сторону більш ефективної пассивации. Як наслідок, профілі мають тенденцію до розвитку позитивного нахилу і, як правило, стінки канавок в кінцевому підсумку зустрічаються, коли їх аспектне співвідношення починає наближатися до значень більше, ніж 20: 1.
Адаптація технологічного рецепта поетапно або безперервно [1, 2] допомагає зменшити кількість пассивации в процесі і зберігає прямий профіль. Наприклад, час циклу пассивации або потік пасивуючого газу може лінійно знижуватися. Як альтернатива, час циклу травлення або потік травильного газу може лінійно збільшуватися.
Хоча є інші варіанти, включаючи потужність джерела, потужність зсуву або лінійну зміну тиску. Для простоти і передбачуваності зміни балансу «травлення-осадження», зміна часу циклу є найбільш очевидним підходом лінійного зміни. З використанням лінійного зміни параметрів, канавки з аспектним співвідношенням> 50: 1 можуть бути виготовлені, зберігаючи бічні стінки прямими і вертикальними.
Швидкість травлення і еволюція профілю сильно залежать від ставлення глибини до ширини канавки, так зване аспектне співвідношення. В цілому травлення вужчих траншей відбувається з меншою швидкістю, ніж в більш широкі канавках; тобто, канавки з великим аспектним співвідношенням відстають від канавок з меншим аспектним співвідношенням.
Це відбувається частково через те, що кількість іонів, що досягають дна траншеї поступово зменшується, унаслідок апертурних ефектів, в поєднанні з кутовим розподілом іонів. Інший важливий аспект - транспортні обмеження газоподібних частинок - радикалів - в високо-аспекту канавках.
Величина ефекту затримки, головним чином, залежить від середньої довжини вільного пробігу газоподібних частинок, тобто тиску газу.
Затримка РІТ є поширеним і добре зрозумілим явищем перенесення в плазмовому травленні [3]. Вплив ефекту затримки залежить, головним чином, від середньої довжини вільного пробігу газових частинок, яка визначає їх транспорт при травленні канавок. Залежність швидкості травлення від аспектно співвідношення вивчена на основі простої вакуумної моделі провідності [4]. Крім того, в канавках важлива взаємодія і зміна балансу між травленням і пасивацією частинок при їх транспортуванні. Ця транспортування знову залежить від довжини вільного пробігу частинок і від тиску при процесі. Зміна балансу частинок травлення і пасивації зі збільшенням аспектного співвідношення, також впливає на анізотропію і профіль. Малюнок-1 показує характерний приклад запізнювання RIE в високо-аспектному Bosch-процесі травлення.
У циклічному процесі з окремими циклами травлення і пасивації, які можуть управлятися незалежно один від одного, є індивідуальні ефекти затримки, як для травлення, так і для пасивації. Для стадії травлення, чим вище співвідношення сторін канавки, тим менше радикалів фтору за одиницю часу можуть досягти дна канавки і труїти кремній. Ефект затримки на етапі травлення залежить, головним чином, від тиску. Для стадії осадження, чим вище співвідношення сторін канавки, тим менше полімерів в одиницю часу можуть досягти дна траншеї. Таким чином, швидкість травлення залежить, головним чином, від тиску, тому що чим тонше плівка на дні канавки, тим більше швидкість при наступній стадії травлення. Це включає в себе деяку компенсацію зниження швидкості від збільшення аспектного співвідношення при зниженні подачі радикалів фтору. Відставання при кроках осадження і травлення можна взаємно компенсувати для усунення затримки в загальному процесі в широкому діапазоні аспекту співвідношень. Це можна досягти шляхом індивідуального управління параметрами на кроці травлення та осадження, в основному, зміною значення тиску.
Установка високого тиску для окремого кроку, збільшує його інерційність; установка тиск нижче - зменшує цю інерційність. Збільшення тиску на кроці осадження щодо кроку травлення, і навіть до значень вище, ніж при кроці травлення, знижує загальну RIE затримку всього процесу і навіть його інвертує на певному етапі. У високо-аспекту структурах (наприклад, вузькі щілини), травлення швидше, чим менше співвідношення сторін канавки (тобто більш широкі щілини). Однак, компенсація RIE-відставання йде за рахунок зниження швидкості травлення в більш широких канавках. З іншого боку, при тиску на стадії осадження нижче, ніж на кроці травлення, викликає значне RIE-відставання. Однак зазвичай регулюють процес на користь більш високих загальних швидкостей травлення в більш широких канавках. Це "нормальний" режим процесу, який використовується в більшості випадків і цікавий більш високими швидкостями.
Стабільність полімеру на дні канавки важливий вагомий фактор при регулюванні затримки травлення та осадження, тому величина досяжною компенсації залежить також від температури підкладки. Зниження температури підкладки робить полімер на дні більш стійким і збільшує значення стадії осадження в загальній балансування затримки. З цієї причини температура підкладки 0 ◦ C або навіть нижче, замість нормальної 40 ◦ C, вигідно для досягнення травлення без затримки в широкому діапазоні коефіцієнтів форми [5].