0750-orgreview (Разработка технологии скоростного глубокого плазмохимического травления монокристаллического кварца, карбида кремния и ниобата лития при малой мощности)

ФЕДЕРААЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ФИ~ИК6-~й~ИИйЖКИЙ ИИ~~И~~~ И®. А.ф. Н©фф~ РОЫИЙя.КОЙ йКяаАВМИИ НЩК Политехническая ул., 26, С.-Пстероург; 194021 Телефон: 18121 292-2245 Факс: 18121 297-1012 роаггагоа~1.~огге,ги Ьггрнтъг~ъю.гоне.ггг ной работе от С.В. Лебедев 201 9г. ОТЗЫВ Ведущей организации на диссертационную работу Осипова Артема Арменаковича «Разработка технологии скоростного глубокого плазмохимического травления монокристаллического кварца, карбида кремния и ниобата лития при малой мощности», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 — «Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники» Диссертационная работа Осипова А.А.

посвящена изучению физико-химических основ процессов плазмохимического травления (ПХТ) ряда моно кристаллических материалов (%02, ЯС и (лМЬОЗ) электронной техники и разработке на этой основе высокопроизводительных процессов ПХТ, представляющих интерес для предприятий микроэлектронной промышленности. Актуальность темы диссертации Устойчивая тенденция к миниатюризации функциональных элементов и приборов электроники и микроснстемой техники стимулировала активные поиски альтернативы жидкостным методам обработки материалов.

Одним из получивших широкое распространение способов формирования трехмерных структур требуемых размеров на поверхности различных материалов электронной техники является плазмохимическое травление (ПХТ), сочетающее в себе химические реакции взаимодействия химически активных радикалов или частиц плазмы ~ХАЧ) с поверхностью подложки с образованием летучих продуктов, и физические процессы, обусловленные интенсивной бомбардировкой обрабатываемой поверхности высокоэнергетичными ионами. Однако недостаточно высокие скорости травления процессов ПХТ, особенно при травлении на глубину в десятки и сотни микрометров, зачастую ограничивают его использование для размерной обработки таких монокристаллических материалов, как %0з. ЯС и 1.1ХЬОь Решение проблемы повышения скорости за счет увеличения ВЧ мощности в разряде плазмы и создания высокого отрицательного потенциала на держателе подложки не всегда дает положительный результат, поскольку приводит к ухудшению селективности травления и искажению формы профиля вытравливаемой области, В этой связи развитие и совершенствование технологического оборудования и технологий травления перечисленных материалов, безусловно является актуальной задачей.

Общая характеристика работы Целью работы Осипова А.А. было экспериментальное изучение физико-химических закономерностей процессов плазмохимического травления монокристаллического кварца. карбида кремния и ниобата лития и разработка энергосберегающих технологий глубокого анизотропного высокоскоростного травления перечисленных материалов. Для достижения поставленной цели диссертантом были решены следующие задачи: Выполнен аналитический обзор научно-технической литературы. посвященной конструкционным особенностям установок ПХТ и результатам обработки различных функциональных материалов в низкотемпературных газоразрядных плазмах. Проведенный соискателем анализ позволил установить, что к настоящему времени проблема формирования глубоких структур в ЯОъ ЯС и ЫМЬОз является не достаточно проработанной, что препятствует разработке и внедрению в производство эффективных технологий ПХТ этих материалов.

Разработана и изготовлена установка ПХТ. конструкционные особенности которой обеспечивают возможность независимого регулирования энергии и плотности потока ионов, а также использование специального держателя подложки с регулируемой температурой поверхности. Для каждого из рассматриваемых материалов детально исследовано влияние основных технологических параметров на скорость травления и дано объяснение выявленным закономерностям. Проведено ранжирование технологических параметров по степени их влияния на скорость травления, что позволило автору разработать процессы травления, представляющие интерес для предприятий микроэлектронной промышленности.

Впервые осуществлены эксперименты по изучению термостимулированного плазмохимического травления ЯОь ЯС и 1лМЬОь Показано, что предварительный прогрев подложек до определенных оптимальных температур 1в зависимости от материала). является эффективным способом увеличения скорости травления, а в случае карбида кремния позволяющий снизить шероховатость обрабатываемой поверхности в несколько раз. Научная новизна работы Научная новизна представленной работы состоит в получении новых знаний о физико-химических закономерностях процессов ПХТ монокристаллических кварца. карбида кремния и ннобата лития, включающих в себя экспериментально полученные зависимости скорости травления от ВЧ мощности, подводимой к газовому разряду, давления в реакционной камере, величины отрицательно~о потенциала, создаваемого на держателе подложки, состава газовой смеси, расстояния от подложки до области генерации плазмы и температуры.

Автором обнаружено, что влияние всех основных перечисленных параметров на скорость травления, за исключением температуры. имеет качественно подобный характер для всех исследованных в работе материалов. Установлен характер влияния технологических параметров процессов на изменение относительного вклада химической и физической составляющих в процесс травления материалов. Отдельного внимания заслуживают результаты автора по ранжированию технологических параметров по степени значимости нх влияния на скорость травления, Такое ранжирование было проведено впервые н имеет большое значение для решения практической задачи по оптимизации технологических процессов ПХТ. В частности, автору удалось разработать процессы глубокого травления ЯОь ЯС и 1лМЬОэ при пониженных значениях ВЧ мощности 1менее 1000 Вт), подводимой в разряд, характеризующиеся высокими скоростями травления; 1-1.7 мкм!мин для ЯОь 1 мкм~'мин для ЯС и около 500 им~мин для 1лЬ1ЬОз.

Впервые проведены эксперименты по термостимулированному плазмохимическому травлению, показавшие высокую эффективность использования таких процессов для формирования глубоких 1свыше 100 мкм) структур. а также улучшения качества обрабатываемой поверхности (термостимулированная плазмохимическая полировка). Достоверность полученных результатов Достоверность полученных автором результатов и обоснованность выдвинутых им научных положений, выводов и рекомендаций, определяется использованием различных современных экспериментальных и аналитических методик изучения геометрических, физических и химических параметров профиля травления, воспроизводимостью и согласованностью результатов осуществления процессов травления.

а также подтверждается публикациями в ведущих российских и международных научных периодических изданиях, выступлениями на профильных научных российских и международных конференциях и успешной апробацией разработанных технологических процессов на специализированных промышленных предприятиях России. Научная н практическая значимость диссертационной работы В процессе выполнения работы диссертантом была разработана и изготовлена установка плазмохимического травления с оригинальным держателем подложки. оснащенным встроенным нагревательным элементом, для проведения термостимулированных ПХТ процессов. Созданная установка может рассматриваться как прототип промышленного оборудования для обработки материалов в высокоплотной плазме.

Получены новые сведения о физико-химических закономерностях процессов травления кварца. карбида кремния и ниобата лития во фторсодержащих плазмах. Установлен характер влияния основных технологических параметров процессов на скорость травления и геометрические характеристики получаемых поверхностных структур. Выявлено изменение относительных вкладов химической составляющей процессов травления и ионного распыления при варьировании основными технологическими параметрами, Выполнено ранжирование ряда технологических параметров (мощность, поглощаемая в разряде, напряжение смещения на держателе подложки, состав газовой смеси, давление в реакционной камере, расстояние от подложки до области генерации плазмы и т.д.) по степени значимости их влияния на производительность процесса травления.

Разработаны эффективные процессы травления ЯОз, ЯС и ЫМЬОз, которые были успешно апробированы при изготовлении мощных СВЧ транзисторов, кварцевого камертона чувствительного элемента прецизионного датчика давления и в технологическом цикле обработки ниобата лития на ряде предприятий г. Санкт-Петербурга. Предложенная автором технология плазмохимического травления монокристаллического карбида кремния внедрена на АО «Светлана-Электронприбор».

Впервые проведены исследования термостимулированного процесса ПХТ вышеперечисленных материалов. Экспериментально определены оптимальные температуры держателя подложки, при которых наблюдается существенное увеличение скорости травления. Обнаруженное увеличение скорости травления позволило автору разработать энергосберегающие высокоскоростные термостимулированные пропессы глубокого (сквозного) травления монокристаллических подложек ЯОз, %Си 1.1)чЬОь Предложен новый метод полировки подложек э)С, основанный на термостимуляции процесса плазмохимического травления. Установлено, что обработка поверхности пластины монокристаллического кремния при относительно высоких температурах (523 К) приводит к уменьшению ее шероховатости почти в 3 раза.