Установка реактивного ионного травления «Каролина РЕ-4

Необходимость разработки процессов травления, отвечающих технологических требований производства полупроводниковых приборов, ставят задачу создания оборудования, обладающего определенной степенью универсальности, что, как правило, идет в ущерб высокой производительности.

Установка «Каролина РЕ-4» является одной из первых отечественных серийных установок на базе ICP-источника высокоинтенсивной плазмы. Установка проектировалась для обеспечения различных режимов травления, как с высокой скоростью травления, так и с максимальной анизотропией, и обладает широкой универсальностью. Она может быть использована для плазмохимического или ионно-химического удаления фоторезиста, травления диэлектриков (полиимида, оксида и нитрида кремния), металлов (титана, тантала, циркония) и их оксидов и нитридов, материалов типа РС-3710 в технологии гибридных интегральных схем на различных подложках, в том числе и на платах с многоуровневой металлизацией, в режиме форвакуумной или высоковакуумной откачки рабочей камеры.

Оборудование травления материалов

Для решения проблемы формирования микроструктур с размерами элементов в субмикронной области в непрерывном вакуумном цикле обработки наиболее перспективны процессы ионно-плазменного травления. Процессы создания структур субмикронного размера должны обеспечивать высокий уровень анизотропии при травлении различных материалов. Проблемы анизотропного травления могут быть решены при использовании метода ионного травления. Однако из-за того, что для повышения скорости травления приходится использовать высокие энергии ионов (порядка 0,5-1,5 кэВ), при травлении, например, полупроводниковых материалов глубина нарушенного слоя достигает 200 ангстрем, что резко ухудшает параметры полупроводникового прибора вплоть до полной потери работоспособности.

Для достижения как хорошей разрешающей способности, так и высокой производительности, более перспективен метод реактивного ионного травления, в котором процесс осуществляется бомбардировкой материала как направленным потоком ионов, так и потоком химически активных частиц (радикалов), образующихся путем диссоциации в плазме технологического газа, содержащего химически активные компоненты. При реактивном травлении можно использовать ионы с энергиями 20-200 эВ, которые в большинстве случаев безопасны для кристаллической решетки полупроводника, а необходимая скорость травления достигается благодаря химическому взаимодействию активированных частиц технологического газа с материалом подложки. В результате взаимодействия, как и при плазмохимическом травлении, не обеспечивающем высокой анизотропии, образуются летучие продукты, удаляемые откачными средствами.

Однако существенное повышение скорости травления возможно за счет повышения плотности потока обрабатывающих частиц. В настоящее время внимание разработчиков ТО направлено на изучение высокочастотных источников плазмы высокой плотности, которые позволяют получать высокую однородность травления подложек с высокой селективностью.

В современном ТО все шире используются источники, формирующие так называемую “трансформаторно–связанную (или индуктивно-связанную) плазму” (принятая латинская аббревиатура ТСР или ICP — Inductively Coupled Plasma). ТСР

Установка «Каролина D-10 К»

Представляет собой модификацию установки «Каролина D-10». В ней в качестве высоковакуумного насоса использован криогенный насос типа «Криоторр–8» фирмы CTI, что существенно снижает эксплуатационные расходы и улучшает параметры вакуума.

Установка «Каролина D-10 К» предназначена для магнетронного нанесения на керамические, кремниевые и другие подложки размером до 350х100 мм. В установке может быть размещено до 4-х МРУ (например, под материал типа РС, хром, медь и никель), либо до 3-х МРУ и ионный источник для предварительной очистки подложек.

В данной комплектации установка позволяет наносить:

· резистивные пленки из материалов типа РС–3710, РС–5406, РС-1004 и др.;

· пленки титана, а также его нитридов или оксидов;

· пленки нитрида тантала;

· пленки алюминия и меди толщиной до 15 мкм.;

· двуокись кремния и нитрида кремния.

Установка обеспечивает также:

· очистку поверхности изделий перед напылением с целью улучшения адгезии напыляемых слоев с помощью протяженного источника ионов;

· нагрев изделий до заданной температуры, контроль и поддержание температуры в процессе нанесения слоев;

· стабилизацию заданного расхода технологических газов по трем каналам и контроль расхода газа по каждому каналу;

· предварительную очистку мишени любого из МРУ на управляемую заслонку;

· вертикальное расположение мишеней на МРУ и изделий на вращающемся барабане;

· автоматическое выполнение цикла откачки рабочей камеры от атмосферы до стартового вакуума;

· автоматическое окончание цикла очистки изделий по заданному времени;

· контроль и автоматическое окончание нанесения резистивных и металлических пленок по заданному времени или по заданному сопротивлению свидетеля;

· размещение изделий на легко снимаемых с барабана кассетах с целью сокращения времени загрузки и выгрузки.

Технологическое применение установки

Установка «Каролина D-10» нашла применение в производстве гибридных ИС для нанесения резистивных материалов типа РС-5406 или
РС-3710 и защитного слоя титана в том же процессе на диэлектрические подложки размерами 60×48 мм2 толщиной 0,5-2 мм. Нанесение слоя с поверхностным сопротивлением 80-1000 Ом/ٱ занимает 2-15 минут при токе разряда 0,8 А.

Получены также системы металлизации ГИС, для чего наносились чередующиеся слои различных металлов, например, ванадия, меди и хрома. Скорость нанесения меди составляет 8 мкм/час при токе разряда 12 А.

Нанесение слоев за один цикл позволило значительно улучшить межслойную адгезию и исключить расслоение структуры при дальнейших операциях. Если формировать многослойную металлизацию не в едином вакуумном цикле, то материал наносимого очередного слоя пленки конденсируется не на чистую поверхность, а на окисленную после очередного процесса. Причем толщина окисла пропорциональна паузе между нанесением слоев, что и приводит к ухудшению качества многослойной структуры.

Установка показала перспективность применения и для более сложных процессов, таких как реактивное нанесение пленок окислов и нитридов. Реализованный метод позволяет наносить слои данных соединений с достаточно большой скоростью 1-2 мкм/час.