Реферат: Классификация физико-химических методов обработки и очистки. Плазменные методы удаления материала с поверхности твердого тела
Радикальное плазм о химическое травление проводят в области вакуумной камеры отделенной от плазмы газового разряда перфорированным металлическим экраном (Рисунок 3) или магнитными электрическими полями. ВЧ-плазма возбуждается между цилиндрическими поверхностями рабочей камеры и экрана.
Травление осуществляется только нейтральными химически активными атомами О или радикалами F* с большим временем жизни, проникающими из плазмы в зону расположения пластин. Заряженные частицы плазмы не могут попасть к поверхности пластин через отверстия цилиндрического экрана.
В зоне, свободной от заряженных частиц, возбужденные атомы фтора и атомарный кислород, многократно соударяясь с молекулами рабочего газа, движутся разупорядоченно, что обеспечивает высокую однородность травления от пластины к пластине и по площади каждой пластины.
Так как возбужденные атомы и свободные радикалы отличаются высокой реакционной способностью, то эффективность травления существенно повышается.
По сравнению с ионным травлением при одинаковых параметрах разряда скорость возрастаег более чем на порядок. Благодаря электрической активации газов илазмохимическое травление проводится при существенно меньших температурах 100... 300 °С по сравнению с обычным газовым травлением. Плазмохимическое травление из-за химического механизма обладает высокой избирательностью относительно раз-
Рисунок 2. Схема вакуумной камеры диодного типа для плазмохимического травления непосредственно в плазме:
1 — подача рабочего газа; 2— вакуумная камера; 3 — электрод Рисунок 10.2.1. Схема вакуумной камеры диодного типа для плазмохимического травления непосредственно в плазме:
Рисунок 3. Схема вакуумной камеры для радикального плазмохимического травления:
1 — кварцевая камера; 2— перфорированный цилиндр; 3 — кассета с пластинами (подложками); 4 — ВЧ-индуктор; 5—подача рабочего газа; 6 — откачной патрубок
личных материалов (например, F+ травит кремний значительно быстрее, чем диоксид кремния).
Благодаря невысокой энергии частиц, поступающих на обрабатываемую поверхность, радиационные дефекты незначительны.
Химический механизм травления обусловливает наличие бою вой скорости травления, что является недостатком при локальной обработке. К недостаткам плазмохимического травления можно также отнести: ограниченное количество соединений для получения в плазме химически активных частиц, обеспечивающих образование летучих веществ; сложность химических реакций, протекающих в плазме и на обрабатываемой поверхности; большое число взаимосвязанных технологических и конструктивных параметров. Последние трудности преодолеваются по мере изучения и освоения процессов.
Реактивное ионное травление. Реактивное ионное (называемое также ионно-химическим) травление по механизму процесса является комбинированным методом.
Удаление обрабатываемого материала происходит в результате его распыления ускоренными ионами и образования легколетучих соединений при взаимодействии с химически активными частицами плазмы. От плазмохимического травления оно отличается тем, что энергия ионов больше и достаточна для распыления, а от ионного травления — тем, что используется не инертная, а содержащая химически активные частицы плазма.
При этом физическое распыление интенсифицирует химические реакции, а химические реакции, ослабляя межатомные связи на обрабатываемой поверхности, увеличивают скорости распыления.
По аналогии с ионным и плазмохимическим травлением реактивное ионное травление может выполняться при расположении обрабатываемых пластин (подложек) в плазме газового разряда (реактивное ионно-плазменное травление) или в вакууме и подвергаться воздействию пучка ионов, полученных в автономно расположенном источнике (реактивное ионно-лучевое травление).
Для реактивного ионно-плазменного и ионно-лучевого травления применяют те же рабочие газы, что и для плазмохимического травления.
Оборудование для реактивного ионно-плазменного травления аналогично установкам ионно-плазменного травления.
Пластины располагают на электроде, не изолированном от нижнего электрода. Реактивное ионно-лучевое травление выполняют в вакуумных установках, аналогичных установкам для ионно-лучевого травления.
Благодаря химическим реакциям реактивное ионное травление (и плазменное, и лучевое) обладает по сравнению с ионно-лучевым травлением большими скоростями (в 3 ... 15 раз) и избирательностью травления (в 2... 10 раз), а по сравнению с плазмохимическим травлением меньшими скоростью травления (в 2... 3 раза) и боковой составляющей скорости при локальном травлении. Для уменьшения радиационных дефектов обрабатываемых образцов процессы травления проводят в режимах, обеспечивающих превышение скорости удаления слоев за счет химических реакций над скоростями распространения дефектов, образующихся вследствие ионной бомбардировки.
Очистка поверхности газовым травлением
Сущность процесса заключается в химическом взаимодействии обрабатываемого материала с газообраз-ным веществом и образовании при этом легко удаляемых летучих соединений. Загрязнения при газовом травлении удаляются вместе с поверхностным слоем пластин или подложек.
В качестве газов-реагентов для травления кремниевых пластин можно применять галогены, галогеноводороды, соединения серы, пары воды. Небольшие количества этих газов добавляют к газу-носителю (водороду или гелию) и транспортируют в камеру установки.
Травление кремния хлористым водородом широко используется перед выращиванием на пластинах кремниевых слоев
Si (тв.) + 4НС1 (газ) = SiCl4 (газ) + 2Н2 (газ). (5)
Пары хлористого водорода доставляются водородом в реакционную камеру установки эпитаксиального наращивания, где расположены кремниевые пластины, нагретые до температуры 1150... ... 1250 °С.
Газовое травление сапфира водородом, в отличие от жидкостного, позволяет получать поверхность подложек, свободную от механически нарушенного слоя и от микропримесей, что очень важно для последующего выращивания на них слоев кремния. Травление сапфира сопровождается химической реакцией
А12 О3 (тв.) + 2Н2 (газ) == А12 О (газ) + Н2 О (газ). (6)