Исследование скорости травления различных пленок в установке плазменной обработки МРС

Процесс травления материала является неотъемлемой частью производства полупроводниковых приборов. Существует «сухой» способ травления с помощью установок ионно-плазменной обработки низкого давления [1]. Благодаря плазменной обработке происходит травление материала без вредного влияния на экологию по сравнению с жидкостным методом травления [2].

Для проведения травления на определенную толщину необходимо знать скорость травления, которая зависит от обрабатываемого материала, газовой среды, давления, мощности плазмы, а также от времени [3].

В данной статье исследована скорость ионно-плазменного травления пленок оксида алюминия Al₂O₃ и меди Cu, нанесенных на кварцевые резонаторы. Контроль толщины осуществлялся на основе метода измерения толщины пленки кварцевыми резонаторами [4].

Изменение толщины после процессов напыления и травления измерялось при помощи кварцевых резонаторов. Зная номинальную резонансную частоту кварца и изменение частоты после обработки, можно рассчитать изменение удельной массы на поверхности электродов. Если после обработки частота кварцевого резонатора увеличивается, то удельная масса материала на поверхности электродов уменьшается; если же частота уменьшается, то удельная масса увеличивается. Изменение массы показывает, насколько изменилась толщина пленки. С помощью уравнения Зауэрбри, преобразовывающего частоту кварцевого резонатора в массу, были найдены изменения удельной массы после нанесения пленки и после травления [5]. Поскольку скорость травления определяется как толщина стравливаемого материала в единицу времени, то удельная масса была переведена в толщину пленки, с использованием времени обработки и плотности материала.

По проведенным экспериментам построены графики зависимости скорости травления от времени V(t) и толщины пленки от времени h(t), а также относительного изменения частоты кварцевых резонаторов от времени δ(t), показанные на рис. 1, 2 соответственно.

Рис. 1. График зависимости скорости травления от времени V(t) и толщины пленки от времени h(t)

Рис. 2. График зависимости относительного изменения частоты кварцевых резонаторов от времени δ(t)

Данные эксперимента показали, что с течением времени скорость травления пленки меди уменьшается, причем при проведении повторной обработки того же кварцевого резонатора при неизменном режиме обработки травления пленки не происходит. Максимальная скорость травления 2,72 нм/мин. Травление пленки Al₂O₃ происходит лишь на временном промежутке 1–1,5 мин и более 2 мин. На промежутке 1,5–2 мин масса кварцевого резонатора увеличивается, что связано с процессом окисления Al.

Зависимость относительного изменения частоты от времени δ(t) похожа на зависимость толщины от времени h(t). Минимальные изменения произошли для меди при 1,5 мин. В случае с Al₂O₃ график δ(t) имеет отрицательные значения, что также говорит о том, что процесс травления на этом промежутке не происходит.