Используя формулу 
, где d – толщина проводящего слоя образца в см, ρ – удельная проводимость, а R – его удельное поверхностное сопротивление. По данным, полученным в результате расчёта, строят графики зависимости толщины образцов от времени обработки.
Механизм процесса плазмохимического травления
Плазмохимическое травление представляет собой многостадийный процесс, который включает в себя: 1) образование активных частиц, 2) их адсорбцию на поверхности материала, 3) диффузию вглубь материала, 4) химические реакции в твёрдом теле и 5) десорбцию летучих продуктов с поверхности материала и распыление нелетучих продуктов.
В некоторых случаях (например, при травлении оксида кремния кислородом) плазмохимическое травление протекает, как ионное травление, т.е. распыление материала под действием налетающих ионов. Причиной этого является невозможность протекания химических реакций в оксиде кремния. Следует отметить, что, т.к. налетающие ионы обладают малой энергией (1 – 10 эВ), то процесс ионного травления протекает достаточно медленно. В связи с этим такие образцы подвергаются обработке в том случае, если толщина удаляемого с подложки слоя мала.
Но нас больше интересуют химические реакции, протекающие при этом в твёрдом теле. Если электроны, ионы или свободные атомы, бомбардирующие поверхность, обладают энергией, превышающей энергию химических связей атомов образца, то они могут инициировать химические реакции. Проще всего механизм протекающих при этом процессов иллюстрирует случай, когда удаляемыми с подложки слоями служат органические полимеры, а рабочим газом при этом является кислород.
При использовании кислорода “ответственным” за протекание химических реакций в твёрдом теле является атомарный кислород (АК). АК, обладая определённой энергией, взаимодействует с органическим полимером по свободно радикальному механизму. В зависимости от структуры полимера возможно образование различных летучих продуктов, основными из которых являются устойчивые молекулы CO и CO2. Именно они ответственны за унос вещества с поверхности полимера, т.е. за уменьшение толщины органического слоя.
|
|
Однако данный процесс может осложняться образованием нелетучих слоёв полимера (его пассивацией). Это обстоятельство намного уменьшает скорость травления или останавливает его вовсе.
Равномерность плазмохимического травления
Решающим фактором, влияющим на равномерность плазмохимического травления, является распределение плотности плазмы по объёму реактора, которое определяет равномерность образования химически-активных частиц (ХАЧ). Главной причиной неравномерного распределения ХАЧ по объёму является амбиполярная диффузия (- это одновременное перемещение в ионизованной среде заряженных частиц обоих знаков в направлении падения концентрации). Это приводит к тому, что наиболее интенсивная плазма сосредотачивается у стенок реактора. Факт того, что содержание ХАЧ у стенок реактора больше, чем в объёме, приводит к радиальной неравномерности травления подложек. Было установлено, что для улучшения равномерности травления следует выбирать отношение диаметра обрабатываемых пластин к диаметру реакционно-разрядной камеры равным 1/4.
|
|
Проблема равномерности травления в установках типа плазменного модуля СВЧ остается не решённой. Однако, в некоторых случаях для обеспечения однородности плазмы, плазменный реактор оснащается специальными блоками. В этих блоках находятся магниты, при помощи которых достигается равномерное распределение плотности плазмы по всему объёму реактора.
Представление практически полученных результатов
Студент, освоивший теоретический материал по работе с модулем СВЧ, должен правильно объяснить ход кривых зависимости удельного сопротивления от времени обработки. А, именно,- выход на насыщение говорит об удалении сторонних примесей и наноразмерного переходного слоя с поверхности и стабилизации свойств поверхности и наноразмерного слоя представленных образцов после плазмохимической обработки на воздухе. Напомним, что сухой воздух состоит из азота и кислорода, в целом, которые и определяют кинетику реакций на поверхности.