Лабораторная работа № 4 Изучение технологических операций плазменного травления и получения тонких пленок методами термовакуумного испарения и плазменного осаждения из газовой фазы при изготовлении изделий микроэлектроники (стр. 13 )

5. значения неравномерности осаждения пленок SiO2 и Si3N4

6. выводы по работе.

2.12. Контрольные вопросы

1.  Определение и характеристики низкотемпературной газоразрядной плазмы.

2.  Классификация процессов плазменного травления.

3.  Какие требования предъявляется к рабочим газам, используемым в процессах плазменного травления?

4.  Основные технологические характеристики процессов плазменного травления.

5.  Как зависит скорость ПТ от расхода рабочего газа?

6.  Как происходит превращение молекул рабочего газа в энергетические и химически активные частицы?

7.  Как происходит доставка ХАЧ к поверхности обрабатываемого материала?

8.  Диодная система реактивно-ионного травления. Ее особенности и характеристики.

9.  Триодная система реактивно-ионного травления. Ее особенности и характеристики.

10.  Магнетронная система реактивно-ионного травления. Ее особенности и характеристики.

11.  Источник индуктивно-связанной плазмы. Его особенности и характеристики.

12.  Как влияет добавка кислорода на процесс ПХТ?

13.  Какие основные операционные параметры влияют на скорость, селективность и анизотропию ПТ?

14.  Как влияет РИТ на обрабатываемые структуры?

Приложение1

Краткое описание установки для плазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD) диэлектрических пленок SiO2, Si3N4 Corial D250

1.Назначение

Установка Corial D250 предназначена для плазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD) диэлектрических пленок SiO2, Si3N4, моногидридного кремния на кремниевые, арсенид галлиевые, керамические и др. типы подложек, диаметром до 200 мм.

2.Возможности

Плазменный реактор имеет круглую форму диаметром 250 мм и позволяет располагать пластины диаметром до 200 мм (или 2 пластины по 100 мм).

Камера нанесения основана на концепции высокотемпературного изотермического реактора, находящегося внутри вакуумной камеры. Во время процесса давление в вакуумной камере намного ниже, чем в реакторе. В результате не происходит загрязнения наносимой пленки диэлектриков кислородом от холодных стенок камеры.

Газовый душ способствует высокоравномерному распылению газа на пластине. Используемые газы равномерно накачиваются вокруг подложкодержателя. Контроллер Eurotherm 2408 и термопара позволяют производить нагрев подложки до 300°C. ИК-рефлекторы позволяют избежать потери тепла. В результате подложкодержатель и реактор оказываются в печи с контролем температуры подложки ±1°C.

Автоматический лазерный датчик окончания процесса с CCD камерой позволяет измерять толщину нанесенной пленки и определять окончание процесса.

3.Состав

3.1 Вакуумная система

В вакуумную систему входят: Плазменный реактор изготовленный из алюминия, что позволяет избежать коррозии при травлении для чистки (специальное окно позволяет использовать лазерный рефлектометр для определения скорости осаждения и толщины пленок). Форвакуумный пятиступенчатый насос ALCATEL ADP 122 P (скорость откачки 95 м3/ч), турбомолекулярный насос ALCATEL.

3.2 Газовая панель

Включает линий (максимум линий) для реактивных газов с расходомерами UNIT. Стандартные MFC 100 sccm SiH4, 200 sccm SF6, 2000 sccm N2O, 1000 sccm N2, 1000 sccm Ar, 1000 sccm NH3, N2 Purge.

3.3 ВЧ-генератор

300 W 13.56 MHz охлаждаемый ВЧ-генератор.

3.4 Персональный компьютер

Персональный компьютер под управлением ОС LINUX (FEDORA). Программное обеспечение COSMA , работающее на LINUX, включающее в себя: автоматическое переключение между шагами в мультишаговых процессах в соответствии с сигналами от датчика окончания процесса или таймеров. Число шагов каждого процесса может достигать 300. Число самих процессов ограничено только пропускной способностью контроллера жесткого диска. Система проверяет все параметры и отображает на дисплее ошибки, которые могут происходить. Каждый шаг процесса находится под пристальным мониторингом и четко контролируется, что дает высокую воспроизводимость (повторяемость) процесса и его работоспособность. Частью пакета программного обеспечения является запись информации с возможностью дальнейшего просмотра параметров уже завершенных процессов.

доступно четыре режима программы:

редактирование для подгонки параметров или создания новых параметров для процессов,

запуск процесса плазмохимического осаждения с его контролем в реальном времени и выводом всех параметров на дисплей,

оптимизация для разработки новых процессов с помощью интерактивного контроля процесса и его редактирования,

режим технического обслуживания для диагностики и калибровки системы.

система поддерживает высокоскоростное Интернет-соединение, защищенное брандмауэром, а также соединение по VPN (виртуальной частной сети).

3.5 Автоматический лазерный датчик

Автоматический лазерный датчик окончания процесса с CCD - камерой для наблюдения за лазером (O25 µм) и предметом нанесения. Он укомплектован линзами с кратностью увеличения более 100 раз.

Приложение 2

Краткое описание установки вакуумного напыления LAB-18

1.Назначение.

Установка вакуумного напыления LAB-18 изготовленная фирмой Kurt J. Lesker Company, предназначена для проведения исследовательских работ. Она предназначена для термического и (или) электроннолучевого напыления пленок, на кремниевые, арсенид галлиевые, керамические и др. типы подложек диаметром до 100 мм.

2.Возможности

Установка вакуумного напыления LAB-18, позволяет проводить в высоком вакууме

(система откачки включающая безмасленый насос типа DIS-250 и криогенный насос типа Cryo-Toor 8F позволяет откачивать до давления 1,8 * 10 -8 мм. рт. ст.) напыление металлов методом термического испарения из жидкой фазы или же при помощи электронного луча. Установка имеет четыре источника термического напыления. Система напыления электронным лучом позволяет напылять тугоплавкие металлы и диэлектрики, имеет в своем составе четыре поворотных тигля, так же можно изменять позицию луча относительно мишени, форму и размеры фокального пятна. Блок памяти предусматривает хранение в памяти четырех типов настроек электроннолучевой пушки. Система контроля толщины напыления, позволяет контролировать процесс по заданной мощности, или же по изменению частоты кварцевого резонансного датчика.

3.Состав.

LAB-18 представляет собой вакуумную систему, собранную в едином корпусе.

Она может использоваться для термического и (или) электроннолучевого напыления пленок, на кремниевые, арсенид галлиевые, керамические и др. типы подложек диаметром до 100 мм.

В вакуумный пост установки входит рабочая камера и система откачки включающая безмасленый насос типа DIS-250 и криогенный насос типа Cryo-Toor 8F, с вынесенным наружу компрессором CTI 8200. Скорость откачки криогенного насоса составляет 1500 л/с по азоту. Предельное давление достигаемое в рабочей камере 1,8 * 10 -8 мм. рт. ст. Рабочая камера установки содержит 4 источника термического напыления, и одну электроннолучевую пушку, с четырьмя позициями тиглей, а так же вращающийся подложкодержатель.

Работой Kurt J. Lesker LAB-18 управляет программа KLJ system, с компьютера размещенного в едином корпусе установки. Компьютер оборудован клавиатурой и сенсорным экраном.

3.1Система откачки.

Спиральный насос DIS-250

Работа вакуумного насоса основана на способности вращающихся (см. рис.1) спиралей эффективно откачивать газ. 

Рис.1 Вращающаяся спираль

Данный насос предназначен для получения сухого вакуума в исследовательских и производственных целях. В Lab-18 он используется для создания предварительного вакуума.

Насос обладает газобалластным устройством, которое позволяет перекачку паров до определённого давления всасывания. Не имеет обратной диффузии частичек масла из насоса во всасывающий трубопровод, так же отсутствует генерация частиц износа.

Криогенный насос Cryo-Toor 8F

Криогенный насос (см. рис. 2) состоит из камеры с криопанелями (см. рис. 3), и удаленного компрессора.

Рис. 2. Общая схема криогенного насоса.

Вакуум создается путем удаления газа молекула за молекулой из герметично закрытого рабочего объема. В то время как стандартные методы откачки продавливают молекулы через насос, крио насосы вымораживают газы до твердого состояния, уменьшая тем самым давление паров до тех пор, пока не будет создан высокий вакуум.

Для охлаждения специальных встроенных криопанелей до 15К и 80К, на которых собственно и происходит осаждение молекул газа, в крио насосе используется система охлаждения замкнутого цикла с гелием в качестве рабочего газа. Молекулы откачиваемого газа, хаотически передвигаясь, контактируют с криопанелями и конденсируются или поглощаются на них.

При работе крио насоса гелий, находящийся при комнатной температуре и высоком давлении, нагнетается специальным удаленным компрессором в крио насос на охлажденную головку поршня, которая термически связана с двумя рядами конденсационных решеток.

Рис. 3. Камера с криопанелями.

Поступающий на головку поршня под давлением гелий затем расширяется и охлаждает решетки. Внешний ряд решеток охлаждается до 80К и используется для конденсации паров воды, которые обычно являются основной газовой нагрузкой. Внутренний ряд конденсационных решеток охлаждается до температуры 15К и предназначен для основной части оставшихся газов. Все конденсирующиеся газы переходят в твердое состояние с давлением паров менее 10-12 Торр. Неконденсируемые газы, такие как гелий, водород и неон одновременно адсорбируется слоем из капсулированного активированного (древесного) угля, охлажденного до 15 К.