Автореферат (Разработка технологии скоростного глубокого плазмохимического травления монокристаллического кварца, карбида кремния и ниобата лития при малой мощности), страница 3

Таким образом,нагрев подложки до определенной температуры позволил существенно увеличитьвеличину Vтр.Таблица 2. Значения технологических параметров в контрольном эксперименте. , % Р, ПаUсм, В W, Вт h, см-2007505250,75Рис. 6. Микрофотографии профиля окна сквозного травления SiO2 (a),термостимулированного ПХТ (б).В четвертой главе изложены результаты изучения физико-химическихзакономерностей плазмохимического травления SiC, характера и степени влиянияосновных технологических параметров процесса на скорость ПХТмонокристаллического карбида кремния, а также результаты опробованияразработанной технологии направленного высокоскоростного ПХТ SiC.Экспериментальные данные, полученные при исследовании характеравлияния основных технологических параметров на скорость процесса ПХТ SiC,свидетельствуют о том, что процесс ПХТ монокристаллического карбида кремнияявляется сложным и происходит как благодаря химическим реакциям, так иионному распылению подложки.

Варьируя технологические параметры процесса,удается изменять относительные вклады химической и физической составляющихпроцесса и создавать условия, обеспечивающие формирование в подложках SiCповерхностных структур с заданными геометрическими характеристиками итребуемым уровнем шероховатости поверхности.ВыявленосущественноевлияниенаскоростьтравленияSiCтермостимуляции процесса. Установлено, что в диапазоне температур от 323 К до423 К, Vтр линейно возрастает с 0,9 мкм/мин до 1,3 мкм/мин, а дальнейшееувеличение температуры вплоть до 573 К, не дает прибавки в скорости травленияSiC (рис. 7-а). Вероятнее всего, этот эффект связан с увеличением количества11газообразных продуктов реакций, образующихся в ходе ПХТ SiC, которыепрепятствуют доставке к поверхности химически активных частиц (ХАЧ) иионов, необходимых для процесса травления SiC.

Показано, что увеличениетемпературы подложки приводит к уменьшению шероховатости поверхноститравления (рис. 7-б,в). Сделано предположение, что дополнительный нагрев SiCприводит к выравниванию скоростей травления бездефектных областейповерхности карбида кремния и областей, содержащих дефекты кристаллическойструктуры, что и обуславливает улучшение однородности травления по площадиподложки.Рис. 7.

Влияние температуры держателя подложки на Vтр (а) и на среднюю квадратичнуюшероховатость поверхности SiC (б), (в) - микрофотографии поверхности SiC после ПХТ.Экспериментально установлено, что увеличение напряжения смещенияприводит к значительному (в 2,8 раза) и практически линейному росту скороститравления (вплоть до 840 нм/мин) (рис. 8-а), что связано с ростом энергии ионов иулучшением направленности их движения к травящемуся материалу.Противоположная тенденция наблюдается при увеличении давления вреакционной камере (рис. 8-б). В этом случае рост скорости травления суменьшением давления связан с увеличением длины свободного пробега ионов иих энергии.

Имея в виду, что при понижении давления вклад химическойсоставляющей в процесс травления должен падать из-за снижения парциальногодавления реагентов, можно заключить, что уменьшение давления в реактореспособствует повышению роли физической составляющей процесса травленияSiC.12Рис. 8. Зависимости скорости травления SiC от напряжения смещения (а) и от давления вреакторе (б).Следующиетехнологические параметры были выбраны в качествеварьируемых факторов в экспериментах по травлению SiC:• напряжение смещения, подаваемого на подложкодержатель (Uсм);• значение ВЧ мощности, поглощаемой в разряде (W);• температура подложкодержателя;• положение подложкодержателя относительно разрядной камеры (h).Общий план экспериментов отображен в таблице 3.

Каждый экспериментвключал в себя 3 опыта, выполненных при одинаковых технологическихпараметрах для проверки воспроизводимости результатов.Таблица 3. Значения технологических параметров в экспериментах, спланированных спомощью метода TaguchiVтр. ср, нм/мин№W, Вт Uсм, В h, см T, K1600-5053735402600-100104239203600-1501547311094700-50104739425700-1001537310116700-150542312477800-50154239838800-100547312249800-150103731051Установлено, что наиболее сильное влияние наскорость травления оказывает напряжениесмещения (рис.

9). Вторым и третьим позначимости факторами являются ВЧ мощностьисточникаИСПитемператураподложкодержателя, наиболее сильно влияющиена скорость химической составляющей процессаПХТ SiC. Наименьшее влияние на скоростьРис. 9. Гистограмматравленияоказываетрасстояниемеждураспределения технологических подложкодержателеминижнейграницейпараметров по степени их влиянияреакционной камеры.на скорость травления SiC.13Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что наибольшийвклад в процесс ПХТ SiC в выбранном диапазоне технологических параметроввносит физическое распыление подложки, в том числе и при термостимуляциивплоть до 423 К.Технологические параметры контрольного эксперимента (сквозное травлениепластины SiC толщиной 110 мкм) с охлаждаемым пьедесталом представлены втаблице 4. Микрофотографии протравленных структур (сквозных отверстийшестиугольной формы) и остаточного слоя маски показаны на рис.

10-а,б.Таблица 4. Значения технологических параметров контрольного эксперимента глубокого(сквозного) процесса ПХТ SiCW, Вт Uсм, В P, Паh, см QO2, % t, мин800-2000,751523100Рис. 10. Микрофотографии структур травления SiC контрольного эксперимента сводоохлаждаемым пьедесталом (сквозное травление) (а), толщины слоя маски после сквозноготравления SiC (б).В термостимулированном процессе травились окна размером 4х4 мм,сформированные в никелевой маске.

Температура держателя подложки быларавна 523 К, а остальные технологические параметры процесса соответствовализначениям, представленным в таблице 4. Глубина травления в этом экспериментесоставила около 200 мкм, селективность травления карбида кремния поотношению к никелевой маске составила порядка 30, а скорость травления 1,12мкм/мин.На основе полученных результатов предложен новый метод полировкиподложек SiC с помощью термической стимуляции процесса ПХТ, а такжерешена практическая задача формирования массива глубоких (105 мкм) полостейспециальной формы в подложке карбида кремния.В пятой главе представлены результаты исследования физико-химическихзакономерностей травления ниобата лития.

Определены характер и степеньвлияния основных технологических параметров процесса ПХТ на скорость (Vтр)LiNbO3, а также представлены результаты испытаний разработанной технологииглубокого направленного высокоскоростного ПХТ LiNbO3.Как видно из рис. 11-а, скорость травления быстро увеличивается с ростомвеличины напряжения смещения и достигает ≈ 250 нм/мин при Uсм = -150 В.Наблюдаемое увеличение скорости травления связано с усилением физической14составляющей процесса травления с ростом Uсм. Однако было обнаружено, чтообразцы, подвергнутые травлению при достаточно высоких значенияхнапряжения смещения, по окончании процесса либо растрескивались (-125 – -150В), либо становились хрупкими (-100 В). Это свидетельствует о возникновениизначительных градиентов температуры в подложках при использовании большихзначений напряжения смещения.Зависимость скорости травления от температуры подложкодержателя имеетсложный вид (рис. 11-б) и условно может быть разделена на три участка.

Напервом участке (∼373-423 К) изменение температуры подложки на 50 градусовдает очень незначительное увеличение скорости травления (Vтр возрастает лишьна 31 нм/мин). На втором участке (∼423-523 K) термическая стимуляция процессатравления дает ощутимое увеличение величины Vтр. В этой области температурскорость травления возрастает практически линейно с температурой и разностьVтр (423) – Vтр (523) достигает 553 нм/мин. При еще более высоких температурахподложки (третий участок, интервал 523-598 K) величина приращения скороститравления как функция температуры резко уменьшается, и увеличениетемпературы от 523 до 598 К приводит к росту Vтр на ∼101 нм/мин.

Максимальноезначение скорости травления, достигнутое в этих экспериментах, составило 812нм/мин (T = 598 K). Исходя из анализа профиля травления (рис. 11-в), можнозаключить, что быстрый рост скорости травления при относительно высокихтемпературах (свыше 473 К) связан с увеличением скорости химическоготравления LiNbO3.Рис. 11. Зависимости скорости травления LiNbO3 от напряжения смещения (а) итемпературы подложкодержателя (б). Микрофотографии профилей окон травления LiNbO3 (в).В ходе экспериментов было обнаружено, что травление LiNbO3 вофторсодержащей плазме приводит к образованию нелетучего соединения LiF наповерхности окон травления. Эффективным методом борьбы с этимнежелательным эффектом является обработка образцов после ПХТ в плавиковойкислоте (40%) в течение 30 секунд.15Степень влияния различных технологических параметров на скоростьтравления и выбор оптимального сочетания этих параметров для созданияпроцесса ПХТ ниобата лития определялись на основе экспериментов,спланированных по методу Taguchi (см.

Таблицу 5). В качестве факторов быливыбраны следующие технологические параметры:• напряжение смещения, подаваемого на подложкодержатель;• значение ВЧ мощности, поглощаемой в разряде, используемом для созданияплазмы;• давление в реакторе;• положение подложкодержателя относительно разрядной камеры.Расход SF6/O2, время травления и температура подложки были фиксированы и ихзначения составляли 10,15/3,45 мл/мин, 30 минут и 598 К, соответственно.Таблица 5.

Значения технологических параметров в экспериментах, спланированных спомощью метода Taguchi№P, ПаW, ВтUсм, Вh, смVтр. ср, нм/мин10,75500-50542320,75600-751046830,75700-1001553841,50500-751536451,50600-100558361,50700-501048572,25500-1001043882,25600-501538392,25700-755633Как видно из рис.