等離子體蝕刻和沉積問題的解決方案

我們?nèi)A林科納討論了一些重要的等離子體蝕刻和沉積問題（從有機硅化合物）的問題，特別注意表面條件，以及一些原位表面診斷的例子。由于等離子體介質(zhì)與精密的表面分析裝置不兼容，講了兩種原位表面調(diào)查的技術(shù)解決方案：a)樣品在等離子體反應(yīng)器中處理，并在表面分析裝置(XPS、螺旋鉆等)的真空下轉(zhuǎn)移（為了避免空氣暴露中的表面修飾和污染）；b)實驗是在超高真空條件下的精密等離子體設(shè)備中進行的，它用離子、自由基和分子束模擬等離子體，但與表面分析設(shè)備兼容。這兩種方法都是有效的，并且各有優(yōu)缺點。

在圖1 通過高真空轉(zhuǎn)移臂(10-1托)連接到表面診斷設(shè)備(即x射線光電子能譜系統(tǒng)(XPS))的等離子體反應(yīng)器的典型例子，該系統(tǒng)允許分析樣本污染，為了去除表面污染物層，需要進行強離子轟擊和/或適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)(例如，在飼料中添加CC14或BCI3)，當(dāng)誘導(dǎo)時間結(jié)束后，在氯中可以通過氯分子和/或原子的反應(yīng)在實驗條件下進行蝕刻，真正的化學(xué)蝕刻速率，沒有由污染物引起的扭曲，可以通過推斷圖2的曲線在零時間得到。

通常需要稱為抑制劑或側(cè)壁封閉劑的污染膜的存在來促進定向蝕刻，如在碳氟化合物混合物中鎢干法蝕刻的情況，已經(jīng)表明，在受離子轟擊影響的表面上，甚至在高氫濃度下也發(fā)生蝕刻過程，這是已知的適合沉積而不適合蝕刻的條件，事實上，這些表面沒有被氟聚合物完全覆蓋，裸露的鎢可以與氟原子反應(yīng)；另一方面，沒有受到離子轟擊的表面被厚的污染物膜覆蓋，蝕刻過程完全停止。

在鋁蝕刻的情況下，硬氧化物負(fù)責(zé)感應(yīng)時間，原位XPS分析，結(jié)合蝕刻率測量，事實上，已經(jīng)表明，鈦蝕刻過程包括三個連續(xù)的步驟：1-“硬的”化學(xué)計量氧化物的緩慢燒蝕；2-非化學(xué)計量TiO層的刻蝕；3-金屬清潔鈦的蝕刻。當(dāng)氧化的表面層被蝕刻掉，Ti暴露于含氟等離子體時，其表面被污染的氟化層（11）覆蓋，例如，它不能被用作鎢CVD（12）的子層，在氮化鈦的干蝕刻中也檢測到了表面氧化物引起的誘導(dǎo)時間，盡管在這種情況下不能完全排除氧化氮化鈦的貢獻。

事實上，表明在誘導(dǎo)期間，ti2p信號的主要特征是氟化氧化物或氧氮合物，這種污染的程度低于Ti蝕刻，因為在蝕刻過程中Ti表面被包括TiF3、TiF4（蝕刻產(chǎn)品）和F2(或F-)的污染物層覆蓋，但對于TIN情況，只檢測到TiF和/或TiNxFy，當(dāng)在氟化等離子體中達(dá)到金屬鈦的干性蝕刻的穩(wěn)定狀態(tài)時，穩(wěn)定的厚全氟化表層保護表面不與氧氣（從泄漏或添加到飼料）和水（來自泄漏）反應(yīng)，這可能導(dǎo)致表面氧化，從而降低蝕刻速率和蝕刻過程的再現(xiàn)性。這可以通過收集的不同含氧發(fā)光放電中的XPS光譜的檢查來理解。

低溫沉積過程的機理由幾個步驟組成，其相對重要性取決于實驗條件和所使用的特定薄膜前驅(qū)體。沉積機理的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

在不同的實驗條件下，比較了TEOS、HMDSN和TMS的等離子體的質(zhì)量sp體外測量計算的單體轉(zhuǎn)化率，值得強調(diào)的是，氧活化的重要性可以按以下順序排列：曲線1、2、3，在曲線1中，活化的主要通道是在低和高氧-單體比下的電子沖擊，另一方面，在曲線2和曲線3中，即使是少量的氧氣也能增加單體的活化度。圖中三條曲線的轉(zhuǎn)換趨勢的差異取決于實驗中使用的不同沉積條件（即停留時間）。

事實上，碳?xì)浠衔锖痛甲杂苫蔷酆衔锓N，增加了膜的碳含量，通過原位XPS和FT-IR分析，證實了作為硅源的有機硅化合物的強烈碎片化，原位-XPS調(diào)查是必要的，因為這些沉積物的表面組成，有時與氧和水非常反應(yīng)，可以在空氣暴露后發(fā)生變化，薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)與起始化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)有很大的不同，其過程幾乎沒有結(jié)構(gòu)保留，當(dāng)?shù)入x子體的氧-單體比較低時，均勻反應(yīng)起著主要作用，無論如何，氧化的最終產(chǎn)物不僅是CO、二氧化碳和H20，而且是具有還原聚合能力的部分氧化有機化合物。

　　審核編輯：湯梓紅