ие инертного газа в камере устанавливают в диапазоне 1,3—0,13 Па. Между анодом и катодом прикладывают напряжение, не превышающее нескольких десятков вольт. Процесс обработки подложки начинается с момента подачи на нее высокого отрицательного напряжения (порядка 1—3 кВ), достаточного для интенсивной бомбардировки ее положительными ионами инертного газа плазмы. Выбиваемые атомы подложки переходят в объем рабочей камеры и осаждаются на ее стенках или на специальных защитных экранах.

Рис. 4.1. Схема установки для ионно-плазмеиной обработки полупроводниковых пластин

§ 4.9. Плазмохимическая обработка подложек

Плазмохимическая обработка используется в процессах удаления поверхностного слоя материала подложки, находящейся в твердой фазе, при взаимодействии этой подложки с плазмой активных газов или смесей газов. В этом случае протекает процесс реактивного травления материала подложки.

69

Процесс плазмохимической обработки подложек отличается от ионно-плазменного процесса тем, что удаление вещества с поверхности подложки происходит не только в результате бомбардировки ее положительно заряженными ионами плазмы, но и вследствие химического взаимодействия подложки с активными реагентами плазмы.. Таким образом, при плазмохимической обработке подложек большое значение имеет высокая химическая реакционная способность плазмы.

Способ плазмохимической обработки подложек обладает рядом преимуществ. Во-первых, он легко управляем и позволяет проводить регулировку режима на всех стадиях его проведения. Во-вторых, он имеет незначительную инерционность. В-третьих, это процесс «сухой», не требующий жидких травителей. В-четвертых, плазмохимичеокий способ обладает высокой разрешающей способностью и точностью обработки поверхности подложки.

При плазмохимической обработке можно совместить в одной камере несколько различных технологических операций: очистку поверхности, травление и осаждение новых слоев. Это позволяет резко снизить возможность загрязнения подложек, а также исключить такие трудоемкие технологические операции, как промывка и сушка подложек.

Для обработки кремниевых подложек в качестве реактивных плазмообразующих составов используются смеси кислорода с фторсодержащими и хлорсодержащими газами.

Изотропное травление кремния проводят в газовой смеси CF4+O2+N2. В низкотемпературной плазме происходит разложение CF4 с выделением иона фтора. Молекулы кислорода, заполняющие рабочую камеру, ионизируются и легко взаимодействуют с поверхностью кремния до ее окисления. Ионы фтора взаимодействуют со слоем окисла с образованием легколетучего соединения SiF4, которое быстро удаляется с поверхности подложки. Так происходит плазмохимическое травление кремния. Наличие азота в данной смеси способствует ионизации кислорода в условиях низкотемпературной плазмы.

Анизотропное травление кремния проводят в различных газовых смесях, которые позволяют выбрать нужный коэффициент анизотропии. Если в качестве коэффициента анизотропии К взять отношение скорости травления кремния по плоскости (100) к скорости травления кремния по плоскости (Ш), то использование газовой смеси с реактивным составом CCI4+O2 дает /(=30, с составом (C2F6+O2)—/(=1,1, с составом (C2CI2F4+O2) — /С=0,8.

Для плазмохимической обработки подложек из алюминия используют составы ССЦ+Аг, ССЦ+Не, СВг4+Аг, НС1 + Аг, НВг + Аг, С12 + Аг и др. Концентрацию хлор- и бромсодержащих составляющих реактивных смесей выбирают равной 15—20%. Подложки с хромовыми покрытиями обрабатывают в смесях С2НС13+02, GCU+o2, С12+02, ВС13 + 02, РС15 + 02, С12+02 + Аг,

70

СС14+Аг ц др. Для обработки покрытий из золота в качестве реактивного газа используют CF3C1.

Наиболее широкое распространение метод плазмохимической обработки находит в технологическом процессе фотолитографии для удаления фоторезиста с поверхности подложек.

В качестве активного газа для удаления фоторезистов используют смесь кислорода, азота и водорода. Активными частицами, вступающими в химическую реакцию с фоторезистом, являются атомарный кислород и озон, возникающие благодаря диссоциации молекул кислорода в плазме газового разряда. Добавление небольшого количества азота и водорода (около 1%) приводит к увеличению скорости удаления фоторезистивной пленки с поверхности подложки.

Для осуществления плазмохимического метода обработки подложек обычно используют высокочастотную (ВЧ) газоразрядную плазму низкого давления. Газовый разряд в реакционной камере возбуждается либо индуктором, либо электродами, которые находятся вне реакционной камеры. Это обеспечивает чистоту химических процессов плазменной обработки материалов подложки, так как в этом случае не происходит взаимодействие плазмы, с материалами электродов.

§ 4.10. Осаждение гальванических покрытий

На различных этапах технологического процесса изготовления многих типов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на исходные полупроводниковые пластины (подложки) осаждают различные по толщине и форме металлические слои. Эти слои образуются в результате протекания электрического тока через два электрода (одним из электродов обычно является исходная подложка) и электролит определенного состава. В основе процесса осаждения металлов электролитическим способом лежит реакция катодного восстановления.

В полупроводниковой технологии осаждение гальванических покрытий применяют для получения омических контактов к исходной полупроводниковой подложке, создания электродных выводов, контактных площадок и токоведущих дорожек, нанесения многослойных металлических композиций, изготовления шариковых и консольных элементов.

На электролитический процесс осаждения металла на полупроводниковую подложку оказывают влияние многие факторы: состав электролита, химический состав материалов электродов, электродный потенциал в данном электролите, значение и направление электрического тока, проходящего через электролит, температура электролита и др.

Особое внимание при проведении процессов гальванического осаждения металлов следует обращать на чистоту используемых электролитов. В готовом электролите не должно быть примесей,, изменяющих состав осаждаемых пленок и их электрофизические

71"

свойства. Так, присутствие в электролите донорных примесей приводит к тому, что на полупроводниковом материале с дырочной электропроводностью нельзя получить хорошие омические контакты. Присутствие в электролите побочных примесей может привести к отслаиванию, шелушению или вздутию металлической пленки, а также к неравномерности толщины осаждаемого слоя. Примеси могут попадать в электролит из стальной, медной, бронзовой, никелевой, алюминиевой и другой посуды, в которой он временно находится. Поэтому в производстве полупроводниковых приборов и ИМС электролиты необходимо готовить и содержать только в керамической, стеклянной, винипластовой, кварцевой или фторопластовой посуде.

·? Примеси в электролит могут попадать из воды, которая является их составной частью. Обычная водопроводная и даже дистиллированная вода содержит большое количество различных Ионов металлов; Поэтому в полупроводниковом производстве для приготовления электролитов используют только деионизован-ную воду.

Кроме того, нежелательные примеси могут попадать в электролит из материала анода, который необходимо контролировать по чистоте и составу входящих компонентов. Для устранения примесей, попадающих на материал анода в процессе его механической обработки (прокатки, штамповки, ковки, токарной обработки и др.), готовые аноды подвергают специальному травлению и тщательной промывке в деионизованной воде.

К исходным материалам, используемым для приготовления электролитов, предъявляются специфические требования, связанные с технологическим процессом осаждения: нагревостойкость, растворимость в кислотах, щелочах и воде, стойкость к дневному свету, стойкость к длительному хранению, неизменяемость состава во времени и безвредность. Материалы, из которых приготавливают электролит, не должны выпадать в осадок при взаимодействии с другими составными частями электролита. При изменении режима электролитического осаждения (температуры, плотности тока, скорости перемешивания и др.) электролит не должен образовывать пузырей, твердых осадков и газовых выделений.

Электрический ток, проходящий через электролит в процессе осаждения, может быть постоянным (не меняющимся во времени) и переменным (сложным образом изменяющимся во времени). Вид электрического тока выбирают в зависимости от требований, которые предъявляют к свойствам осажденных пленок.

Процесс осаждения гальванических покрытий можно разделить на четыре стадии. Первая стадия включает в себя образование заряженных ионов металла в объеме электролита под действием электрического тока. Вторая стадия состоит в переносе заряженных ионов металла из объема электролита к поверхности полупроводниковой подложки (катода). Третья стадия представляет собой собственно электрохимическую реакцию, в ходе кото-

72

рой заряженные ионы превращаются в адсорбированные ионы и атомы на поверхности полупроводниковой подложки. На четвертой стадии идет процесс диффузии адсорбированных на поверхности подложки ионов к местам роста металлической пленки.

В промышленном производстве полупроводниковых приборов и ИМС используются гальванические покрытия из меди,- никеля, серебра, золота, олова, цинка, кадмия, хрома и индия.

Меднение используют как подслой при покрытии никелем, хромом, серебром и золотом и проводят из цианистых и кислых электролитов. По сравнению с цианистыми кислые электролиты просты по составу и позволяют проводить процесс осаждения меди при более высоких плотностях тока.

В качестве цианистого электролита можно использовать состав, содержащий 15 г/л цианистой меди, 10 г/л цианистого натрия, 15 г/л углекислого натрия и 30 г/л сернокислого натрия. Процесс осаждения меди проводят при 18—20°С и плотности тока 0,3—0,5 А/дм2. В состав кислого электролита входит 200 г/л медного купороса, 5 г/л серной кислоты и 2 г/л этилового спирта. Процесс проводят при 20—25°С и плотности тока 2—3 А/дм2.