Bosch-процесс

Bosch-процесс

Реактивное ионное травление (РИТ) – вид сухого травления, при котором удаление материала происходит под действием физических и химических взаимодействий обрабатываемой поверхности с плазмой.

Одной из разновидностей реактивного ионного травления является глубокое реактивное ионное травление – Bosch-процесс.

Процесс основан на использовании образующихся в процессе разряда высокоэнергетических ионов, получаемых из молекулярных газов. Материал, подвергающийся обработке, закрепляется на запитываемом электроде и бомбардируется притягиваемыми из плазмы ионами. Для реализации Bosch-травления необходимо заменить стандартный реактор для РИТ на реактор с источником индукционно связной плазмы, который обеспечивает контроль плотности и энергий ионов плазмы. Данный реактор оснащён столиком с гелиевой подушкой, охлаждаемой жидким азотом. Также технологическая камера имеет небольшой объём, т.к. процессы протекают при низком давлении, а в камере малого объёма быстрее создаётся вакуум. Создание же высокого вакуума обеспечивается сухим вакуумным и турбомолекулярным насосами.

Суть технологии Bosch-процесса заключается в чередовании шагов пассивации и травления. Bosch применяется для создания высокоаспектных структур (аспектное соотношение – ширина элемента дел. на глубину) с вертикальными стенками.

Исходным компонентом является так называемый элегаз (SF₆). Каждая молекула элегаза расщепляется с образованием свободных радикалов фтора, для пассивации используется октофторциклобутан (C₄F₈).

Травление элегазом можно разделить на стадии:

1. Расщепление молекулы элегаза с образованием свободных радикалов фтора. SF₆ + e^- →SF_x + F⁺ + 2e (1)

2. Травление полимера (CF₂)_n радикалами фтора с образованием летучего соединения C_x F_y. nCF₂ + F →C_xF_y(газ) (2)

3. После удаления полимера радикалы фтора травят кремний, который удаляется как летучий SiF₄. Si+4F→ SiF₄(газ) (3)

Травление пассивирующего слоя происходит по реакции:

(CF2)n+2F→CF4T (4)

Варьируя временами шагов травления и осаждения можно подобрать индивидуальную комбинацию для получения необходимого профиля, скорости травления и селективности. После каждого такого шага на боковых плоскостях канавок образуются шероховатые раковины (скаллопы). Чтобы сделать стенки канавки более гладкими, нужно минимизировать времена травления и пассивации, но что важно и скорость травления при этом уменьшается.

Шаги Bosch процесса: 1) осаждение полимерного слоя из плазмы C₄F₈; 2) травление в плазме SF₆. Плазма SF₆ травит полимер на дне, после того как он будет удален, начинается изотропно травиться кремний. Травления полимера на стенах не происходит, потому что для травления полимеров требуются как радикалы, так и ионы. А бомбардировка ионам идет нормально к поверхности кристалла. За один цикл вытравливается от 0,5 до 1 мкм. Цикл повторяется, пока не будет достигнута нужная глубина травления. Процесс изображён на рисунке 1.

Рис.1 Bosch-процесс травления кремния: а) образец с маской, б) первый шаг травления в) шаг осаждения г) второй шаг травления

Преимущества Bosch-процесса:

- В отличие от жидкостного травления, травление производится анизотропно, независимо от кристаллографических плоскостей обрабатываемого объекта.

- Размеры отверстия в маске практически совпадают с размерами входного и выходного отверстия в кремнии.

- Высокая воспроизводимость процесса

- Высокая скорость травления(до 20 мкм/мин).

Недостаток Bosch-процесса:

- Шероховатые стенки получаемых отверстий.