Способ плазменного травления алюминия

Изобретение относится к электронной технике и, в частности, к технологии изготовления приборов твердотельной электроники и может быть использовано в электронной, радиотехнической промышленности при создании интегральных схем или при обработке пластин, на которых нанесена алюминиевая пленка, а также при обработке поверхности алюминиевых деталей.Цель изобретения - повышение скорости и равномерности травления,Поставленная цель достигается тем, что в способе плазменного травления алюминия, включающем предварительное вакуумирование реакционного объема, напуск рабочего газа, создание плазменного разряда и перемещение объекта травления, плазменный разряд создают периодически импульсами постоянного тока, подводят к нему электромагнитные колебания С ВЧ-диапазона с21 еРо Н плотностью потока мощности =%,/, где Ж, - плотность потока мощности при атмосферном давлении Р, = 10, Па, Р текущее давление, и перемещают разряд циклически в прямом и обратном направлении относительно объекта травления, при этом разряд создают в хлорсодержащей среде4 5при давлении Р=(10 -10 ) Па и расходах газаз10-400 см, а предварительное вакуумирование осуществляют соответственно до давления (10-10) Па.Сущность способа заключается в том, что под действием энергии сверхвысокочастотного поля разряд, созданный импульсами постоянного тока, перемещается относительно поверхности объекта травления, при этом предлагается для увеличения равномерности травления создавать импульсный разряд с одной стороны объекта, а энергию СВЧ-поля подводить с противоположной, затем наоборот, т, е, разряд будет перемещаться в прямом и обратном направлении относительно объекта травления.Роль электромагнитного поля заключается не только в том, что под его воздействием разряд движется к источнику электромагнитной энергии, но и в том, что он частично восполняет своей энергией потери энергии заряженных частиц в разряде, Использование импульсного разряда объясняется тем, что с его помощью можно получить высокую степень ионизации плазмы, на 3-4 порядка превышающую степень ионизации в стационарных разрядах, Таким образом, первым существенным отличительным признаком предлагаемого способа является использование для травления импульсного разряда и СВЧ электромагнитного поля во взаимосвязи, т. е. импульсный разряд перемещается под действием СВЧэлектромагнитного поля относительно поверхности обрабатываемого объекта.Относительно энергетических параметров импульсного разряда можно отметить следующее, Напряженность поля определяется исходя из закона Пашена, а зная определенные геометрические размеры разрядного устройства и межэлектродного зазора, можно установить величину напряжения на электродах, что является инженерной задачей.Длительность импульса и его энергия не имеют существенного значения, но желательно, чтобы импульсный разряд по длительности импульсов был не менее (10 -10 ) с, Верхний предел длительности импульсов определяется емкостями конденсаторов и постоянной времени разрядно-зарядной цепи, Время зажигания импульсных разрядов должно быть синхронизировано, при этом скважность импульсов определяется из геометрических размеров разрядного СВЧ-устройства (его длины), Скважность импульсов должна быть не менее 100, что дает возможность использовать большие емкости конденсаторов и получать большие энергии в импульсе. Величина энергии, запасенная для получения импульсного разряда, сможет находиться в пределах (1-100) Дж, при этом величина энергии йесущественно влияет на скорость травления, Длина волноводного тракта, по которому перемещается разряд, должна быть в пределах 500-1000.Вторым существенным отличительным признаком является перемещение разряда относительно поверхности объекта травления. Импульсный разряд локализован в разрядном промежутке, поэтому поверхность, обрабатываемая одним импульсным разрядом, невелика, концентрация активных частиц быстро убывает при удалении от разрядного промежутка,Использование одного стационарного СВЧ-разряда хотя и приводит к увеличению скорости травления по сравнению с ВЧ-разрядом, но не дает значительного ее увеличения, поскольку степень ионизации плазмы значительно меньше (на 2-3 порядка), чем в импульсном разряде,СВЧ-мощность, подводимая к импульсному разряду, должна быть не менее пороговой и не больше мощности пробоя газа. Для поддержания разряда необходима мощность меньше, чем пробойная, и большая, чем пороговая, которая определяет перемещение разряда, Поэтому необходимо выбратьмощность % которая достаточна для поддержания стационарного С ВЧ-раз ряда и превышает пороговую мощность. В зависи 1829774мости от конкретных условий диапазон мощности колеблется и может составлять (%/2+2%), Плотность энергии изменяется в зависимости от используемого давления, Для хлорсодержащих газов при атмосферном давлении величину уровня СВЧ мощности выбирают %,=(75-100) Вт/см . Тогда для остального диапазона давлений можно рекомендовать следующую зависимость%=% 2оТретьим существенным признаком является движение разряда сначала в одном направлении относительно объекта травления, затем - в обратном. Этот отличительный признак определяет возможность повышения равномерности травления, так как при перемещении разряда только в одном направлении неизбежны потери заряженных частиц и уменьшение их плотности на пути следования, что приводит к изменению скорости травления.Если применять предлагаемый способ в области давлений (10 - 10 ) Па, при-5 2которой производят обработку в настоящее время реактивным ионно-лучевым, ионноплазменным или плазмохимическим методом, можно добиться значительного повышения скорости и равномерности травления, В предлагаемом изобретении предла 4. 5 гается диапазон рабочих давлений (10 -10 ) Па, на три-четыре порядка превышающий существующие,Четвертым существенным признаком является область рабочих давлений, близких к атмосферному. При использовании такой области давлений сокращается длительность откачки, т, е; время для получения предварительного разряжения и тем самым повышается производительность способа, Повышение давления в объеме позволяет получить большое число ионизованных частиц, т. е, получить более реакционноспособную плазму, что способствует увеличению скорости травления алюминия.4При уменьшении давления ниже 10 Па происходит постепенное уменьшение скорости травления, хотя она во всех диапазонах, остается выше чем в способе реактивного ионно-плазменного или ионно-лучевого травления.5При повышении давлении выше 10 Па также происходит уменьшение скорости травления и увеличивается нагрев обрабатываемых объектов, а также необходимо увеличивать мощность импульсного источника,Расход рабочего газа, проходящего через зону разряда, зависит от давления в реакторе, его геометрических размеров и скорости откачки насосов (их производительности). Любой расход газа, при которомустанавливается рабочее давление и существует поток газа, обеспечивает преимуществапредлагаемого способа, Объясняется это тем,что происходит индивидуальная обработкапредметов, а движущийся разряд действуеткак поршень, перемещающий свежие порциигаза, Кроме того, обработка ведется привысоких давлениях, значительно большихчем в используемых традиционных методах.Однако существуют пределы расходов газа,когда обработка становится неэффективнойили приближается к эффективности ужеизвестных методов, что обьясняется недостатком химических реагентов, Поэтому присредних давлениях (в области 10 Па)предлагается низкий диапазон расхода газазпринять равным 10 см /с, тогда скоростьтравления алюминия будет находиться впределах (0,4-0,6) мкм/мин, а при сниженииздо 3 см /с скорость травления уменьшаетсядо 1,2 мкм/мин. При больших расходах газа,з(более 150 см /с) скорости травления могутбыть высокими только при больших мощностях, подводимых к разряду, При- низкихмощностях разряд будет неустойчивым илисовсем не будет загораться. Превьппениерасхода газа свыше 400 см /с являетсязнеэкономичным, так как требуется значительно увеличивать удельную СВЧ мощностьи КПД использования энергии становитсянастолько малым, что использование такихрежимов невыгодно. Кроме того уменьшаетсяи скорость травления,Предлагаемый способ реализован следующим образом.Сосуд или реакционный объем, представляющий собой отрезок волновода с открытымреактором, в котором устанавливают подложки или другие объекты для обработки,вакуумируют, т. е. обеспечивают воздух до3 4давления (10 -10 ) Па, Затем напускаютрабочий газ хлор и устанавливают рабочее4 5давление (10-10) Па. За счет включенияимпульсного источника создается импульсный разряд. Он создается импульсамипостоянного тока, при этом к разрядуодновременно подводится СВЧ-энергия электромагнитного поля. Допустим, создаетсяразряд слева от подложки, тогда энергияСВЧ-колебаний подводится справа, и разрядперемещается слева направо. Затем создаетсяимпульсный разряд справа от пластин иСВЧ-энергия подводится слева и разрядперемещается справа налево, т, е, кисточнику СВЧ-энергии, Затем циклы повторяются многократно, и, таким образом, впредлагаемом способе разряд перемещаетсяФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 7 18 относительно объекта обработки не как обычно, когда подложки перемещаются относительно разряда, Практическую реализацию способа можно рассматривать на приведенных примерах,П р и м е р 1. Травление алюминия при рабочем давлении 5000 Па.Устанавливаем для обработки три пластины диаметром 100 мм. Откачиваемым объем, в котором производится обработка до давления на порядок меньше, чем рабочее, до 300 Па, Затем вводим в рабочий объем хлор и устанавливаем рабочее давление 5000 Па. Сначала зажигаем, например, импульсный разряд слева от объекта обработки и одновременно подводим СВЧ энергию справа. Под действием СВЧ-поля разряд перемещается слева направо и обрабатывает подложки, При подходе к месту ввода электромагнитной энергии разряд останавливаем путем отключения СВЧ энергии, и он потухает. Синхронно включаем импульсное напряжение справа от подложки и зажигаем разряд, одновременно слева подводится СВЧ-энергия. Разряд перемещается справа налево, останавливаем его у места ввода электромагнитной энергии, Затем циклы повторяются, Скорость травления алюминия по такому способу и в указанном диапазоне составляет 1,2 мкм/мин, Предварительная откачка до 500 Па составляет 100 с, По окончании процесса травления отключаются импульсные источники и СВЧ генераторы, перекрывается напуск рабочего газа, отключаются средства откачки и развакуумируется объем.П р и м е р 2. Травление алюминия при4давлении 10 Па, Последовательность операций та же, что и в примере 1. Предварительная откачка осуществляется до давления 500 Па, напуск хлора до давления 10 Па. Скорость травления алюминия достигала при Способ плазменного травления алюминия, включающий предварительное вакуумирование реакционного объема, напуск рабочего газа, возбуждение разряда и обработку подложек при взаимном перемещении подложек и области разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости при одновременном повышении равномерности травления, предварительное вакуумирование осуществляют до давления 10 -10 Па, в качестве рабочего газа3 4используют хлорсодержащий газ, разряд 29774 8 таком давлении 2,5 мкм/мин. Время откачки составляет всего 1,5 с что в 3 раза меньше, чем при плазмохимическом травлении и в 4-5 раз меньше, чем при реактивном.П р и м е р 3. Травление алюминия при атмосферном давлении 10 Па. Откачку5осуществляют до давления 5 10 Па, Затемзсвязь объема с откачными средствами перекрывается, создается продув напуска хлора с аргоном (или азотом) в соотношении 10:1 . Последовательность работы такая же как и в первом примере. Таким образом в случае работы при атмосферном давлении можно обойтись без вакуумных насосов, предварительно перед травлением пропустив через реакционный объем инертный или рабочий газ. Скорость травления алюминия достигала 2,2 мкм/мин, В этом случае не стоит проблема защиты вакуумных средств от хлора,П р и м е р 4, При увеличении давления выше атмосферного (до избыточного, напри 4мер 10 Па) скорость травления алюминия уменьшается и составляет 1,6 мкм/мин. Значительно увеличивается температура газа в разряде и нагрев подложки,П р и м е р 5. При уменьшении давления ниже 10 Па скорость травления алюминия уменьшается плавно, При давлении 1000 Па скорость травления алюминия составляет 0,9 мкм/мин, и она выше, чем при реактивных методах травления.П р и м е р 6. При давлении 100 Па скорость травления алюминия составляет 0,2 мкм/мин, меньше, чем при реактивном методе травления. Таким образом, из приведенных примеров видно, что с помощью предлагаемого способа можно добиться значительного повышения скорости и равномерности травления (см, таблицу),возбуждают импульсами постоянного тока4 5при давлении 10 -10 Па и расходах рабочего газа 10-400 см/с, а в процессе обработки область разряда перемещают относительно подложек путем воздействия электромагнитным излучением СВЧ-диапазона с плотностью мощностиУ У 22 йР 0 Р)где %;-(75-100) Вт/см;Р, - атмосферное давление, Па;Р - рабочее давление, Па.