способ локального плазмохимического травления материалов

Формула изобретения

1. Способ локального плазмохимического травления материала, включающий его размещение между двумя электродами и образование электрического газового разряда в промежутке между первым электродом и обращенной к нему поверхностью материала, размещенного на втором электроде, приложением к электродам разности электрических потенциалов, отличающийся тем, что травление ведут при давлении газа большем максимального его значения из тех возможных для данного расстояния между утопленными элементами поверхности первого электрода и обрабатываемой поверхностью, при которых разряд не зажигается, но меньшем минимального его значения из тех возможных для данного расстояния между выступающими элементами поверхности первого электрода и поверхностью материала, при которых разряд зажигается у выступающих элементов поверхности первого электрода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что форма и размеры внутреннего контура той части поверхности первого электрода, через которую происходит разряд в газе, с точностью повторяет форму и размеры требуемой фигуры травления, а расстояние между выступающими элементами первого электрода и обрабатываемой поверхностью меньше 100 мкм при давлении газа большем 0,1 атм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к технологии дискретных полупроводниковых приборов.

Известен способ, в котором локальность плазмохимической обработки материала достигается наложением на рабочую поверхность материала тонкой металлической маски, защищающей часть этой поверхности от контакта с газовым разрядом, возбуждаемом между двумя электродами, и тем самым от обработки - ей подвергаются только незащищенные маской участки поверхности материала [1].

Недостатком этого способа является низкая эффективность использования электроэнергии и плазмообразующего газа, поскольку электрический разряд в газе происходит не только у мест обработки материала, но и над поверхностью маски. Кроме того, в данном способе существуют объективные ограничения на топологию и размеры элементов маски.

В ближайшем по технической сущности аналоге предложенного способа используется плазмохимическое травление, которое предусматривает размещение материала между двумя электродами в газовой среде определенного для данного материала состава и инициирование разряда подачей на электроды высокого напряжения [2]. Локальность травления в [2] обеспечивается тем, что электрический разряд горит только над частью поверхности материала, а именно у выступающих в его направлении элементов электрода. Это достигается при определенном соотношении давления, межэлектродного расстояния и амплитуды напряжения, оговоренном формулой изобретения.

Состав газа выбирается таким образом, чтобы, по крайней мере, один из компонентов, на которые разлагаются его молекулы при диссоциации в электрическом разряде, образовывал с материалом химическое соединение с достаточно низкой температурой испарения. Это соединение удаляется с поверхности материала при его контакте с областью электрического разряда. Поскольку разряд локализуется лишь у выступающих элементов электрода, а величина L не превышает одного миллиметра, то его объем чрезвычайно мал. В зависимости от площади обрабатываемой поверхности, он может составлять от 0.01 до 10³ мм³. Это позволяет без дополнительных затрат электроэнергии получать плотность мощности в разряде на 3-5 порядков большую, чем в традиционных системах плазменного травления. Скорость травления материалов таким разрядом на несколько порядков превышает скорости, достигаемые при плазмохимическом травлении.

Недостатком данного метода является то, что величина растрава за пределы выступающих элементов электрода, обусловленная в первую очередь разлетом заряженных частиц, практически не зависит от размеров самих элементов, что ограничивает возможность увеличения разрешающей способности данного метода.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности локального травления. Поставленная задача достигается тем, что в способе локального плазмохимического травления материала, включающем размещение материала между двумя электродами и образование области электрического газового разряда в промежутке между первым электродом и обращенной к нему поверхностью материала приложением к электродам разности электрических потенциалов, согласно изобретению, травление ведут при давлении газа, большем максимального его значения из тех возможных, для данного расстояния между утопленными элементами поверхности первого электрода и обрабатываемой поверхностью, при которых разряд не зажигается, но меньшем минимального его значения из тех возможных для данного расстояния между выступающими элементами поверхности первого электрода и поверхностью материала, при которых разряд зажигается у выступающих элементов поверхности первого электрода.

На чертеже схематически изображен вариант реализации предложенного способа. Здесь 1 - ВЧ-электрод, 2 - заземленный электрод, 3 - обрабатываемый материал.

Локальность плазмохимического травления в предложенном способе обеспечивается тем, что разряд контактирует лишь с частью поверхности материала 3, обращенной к электроду 1. При этом первый электрод соединен с источником высокого напряжения. Его выступающие элементы расположены на расстоянии L₁<L_кр от материала 3, а удаленные элементы на расстоянии L₂ <L_кр. Величина L_кр равна минимальному значению L₁, при котором разряд может загореться у выступающих элементов поверхности первого электрода при заданном давлении, т.е. L_кр является функцией давления.

Профиль травления в первую очередь обусловлен распределением заряженных частиц в разряде. Вклад физического распыления в процесс травления материалов локализованным разрядом незначителен, и травление обусловлено преимущественно действием химически активных частиц, а роль ионной бомбардировки сводится к активации обрабатываемой поверхности. При этом травление материала может идти и вне зоны его контакта с разрядом из-за диффузии химически активных частиц. Однако скорость такого травления, которое называется радикальным, существенно меньше, и быстро уменьшается с увеличением расстояния от области горения разряда. Поэтому именно размеры области разряда у поверхности материала 3 определяют размеры области травления. Для успешной реализации предложенного метода необходимо использовать объемный разряд тлеющего типа при значениях p·L₂ порядка 1 Па·м, при частоте возбуждающего напряжения 13,56 МГц и плотности тока соответствующей напряжению пробоя. Эта область значений p·L₂ вблизи минимума на кривой Пашена соответствует режиму горения нормального тлеющего разряда, который обладает таким свойством, что при изменении разрядного тока растет площадь его сечения, а плотность остается неизменной до заполнения разрядом всей поверхности электрода. Этот разряд формируется равномерно и наиболее устойчиво под электродом любой геометрии. Низкая плотность тока в нем исключает перегрев газа и переход разряда в дугу. Если поверхность электрода 1 проводящая, то она является эквипотенциальной. Благодаря этому при зарождении электронной лавины у утопленных элементов поверхности электрода наблюдается эффект фокусировки электронов. Роль этого эффекта тем выше, чем меньше размеры утопленных элементов поверхности электрода 1, что повышает разрешающую способность предлагаемого способа травления по сравнению с прототипом [3].

Литература

1. Черный Б.И., Новоженюк Л.И. Свободные маски в технологии электронной техники. Зарубежная электронная техника, № 2, 1981 г., с.20.

2. RU 2091904, опубликован 27.09.97 г. Способ локального плазмохимического травления. МКИ H01L 21/3065. А.В.Абрамов, Ю.И.Дикарев, И.С.Суровцев.