Диссертация (1143771), страница 10
Текст из файла (страница 10)
С другой стороны, незначительное отклонение отлинейности функции Vтр(Uсм), наблюдающееся при высоких (по абсолютнойвеличине) значениях Uсм, по всей видимости, может быть связано с некоторымухудшением условий удаления продуктов травления с поверхности материала засчет увеличения интенсивности встречного потока ионов в направлении кповерхности.Vтр, нм/мин450400350300250200-25-75-125-175U, ВРис.
3.4. График зависимости скорости травления монокристаллического кварца от напряжениясмещения, подаваемого на подложкодержатель.68Таблица 3.3. Значения технологических параметров в экспериментах, направленных наопределение характера зависимости скорости травления SiO2 от напряжения смещения,подаваемого на подложкодержатель. (Здесь и далее, обозначения величин технологическихпараметров соответствуют обозначениям, ранее принятым для таблицы 3.2)W ,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %750-500.75525750-750.75525750-1000.75525750-1250.75525750-1500.75525Интересно отметить, что влияние расстояния между подложкодержателеми разрядной камерой, h, (т.е., расстояние от столика до источника плазмы) какправило, не изучается при решении задач оптимизации процесса ПХТ различныхматериалов.
Возможно, это связано с использованием установок с жесткойфиксацией столика в реакционной камере, не допускающей его перемещения внаправлении разрядной камеры. Тем не менее, в немногочисленных работах(например [154]) было показано, что скорость травления может существенноменяться при изменении h. В созданной установке возможность перемещениястолика в вертикальном направлении была предусмотрена, и это позволиловыполнить такие исследования.Значениятехнологическихпараметровпроведенныхэкспериментовприведены в таблице 3.4, а полученные результаты показаны на рис.3.5 в видеграфика зависимости Vтр(h).Таблица 3.4.
Значения технологических параметров в экспериментах по изучению зависимостискорости травления кварца от расстояния между подложкодержателем и нижним краемразрядной камерыW,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %750-1500.755.025750-1500.757.525750-1500.7510.025750-1500.7512.525750-1500.7515.02569Vтр, нм/мин4804604404204003803603403203003,58,5h, см13,518,5Рис. 3.5. График зависимости скорости травления монокристаллического кварца от значениярасстояния между подложкодержателем и нижним краем разрядной камеры.Как видно из графика (рис. 3.5.), по мере уменьшения h происходитувеличение скорости травления с 366 нм/мин до 453 нм/мин.
Зависимостьскорости травления от величины h, по всей видимости, связана с наличиемградиента концентрации ионов в направлении от разрядной камеры кподложкодержателю. По мере приближения травящейся поверхности к областигенерации плазмы количество ионов, достигающих поверхности материала,растет, что и является причиной увеличения скорости травления. Данноепредположениеподтверждаетсямикрофотографиямипрофилятравлениямонокристаллического кварца, полученными в ходе проведенных экспериментов(рис. 3.6).Как видно (рис. 3.6), с приближением подложки к плазменной зонепрофиль травления характеризуется большей направленностью (коэффициентанизотропии стремится к единице). Оценить коэффициент анизотропии,сформированныхврезультатепроцессаплазмохимическоготравлениямонокристаллического кварца структур, можно по следующим формулам [2]:IE =dH/dV(3.2)A = 1 – IE(3.3),70где IE – коэффициент изотропии, А – коэффициент анизотропии, dH – глубинатравления (горизонтальная), dV – глубина травления (вертикальная).
Чем ближе кединице значение А, тем более направленный профиль структуры, полученной врезультате ПХТ. Таким образом, в наших экспериментах при h = 5 см размытиеграниц вытравливаемой структуры не наблюдается и следовательно можносчитать, что А→1, а при h = 7.5 см и 12.5 см наблюдается размытие границпрофиля травления и А = 0.91 и 0.89 соответственно, что также подтверждаетвыдвинутое ранее предположение о том, что при приближении подложки кплазменной зоне, растет именно количество ионов, достигающих поверхностиматериала.a13.59 µm10 µmb1.14 µm12.66 µm20 µmc1.26 µm11.34 µm20 µmРис.
3.6. Микрофотографии профиля травления монокристаллического кварца в экспериментах,направленных на определение зависимости скорости травления от расстоянияподложкодержателя до нижнего края разрядной камеры а) h = 5 см; b) h = 7,5; c) h = 12,5 см.71Изучение зависимости скорости травления от процентного содержаниякислородавреакционнойсмеси(значениятехнологическихпараметровэкспериментов приведены в таблице 3.5) показало, что в отличие от всех ранеерассмотренных зависимостей, функция Vтр(2 ) имеет ярко выраженныйнемонотонный характер (см. рис.
3.7).Таблица 3.5. Значения технологических параметров в экспериментах по изучению зависимостискорости травления SiO2 от процентного содержания кислорода в газовой смеси.W,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %750-1500.755.015750-1500.755.020750-1500.755.025750-1500.755.030750-1500.755.035490Vтр, нм/мин47045043041039037035010203040Q, %Рис. 3.7. Зависимость скорости травления монокристаллического кварца от процентногосодержания кислорода в травящей смеси.Видно (рис. 3.7), что с увеличением концентрации О2 скорость травлениясначала растет и достигает максимума при 2 ≈ 25%, а затем начинает убывать.Можно отметить, что определенное в наших экспериментах положениемаксимума на кривой Vтр(2 ), хорошо согласуется с экспериментальными [155] итеоретическими [79] данными, опубликованными другими авторами, согласнокоторым зависимость скорости травления кварца от содержания О2 в газовой72смеси имеет максимум, когда доля кислорода от общего потока газов составляетпорядка20–40%.Какранееотмечалось,добавлениекислородакофторосодержащим газам, в частности к SF6, увеличивает концентрациюрадикалов F* в разряде, за счет чего и происходит увеличение скорости травления.Однако при высоких концентрациях О2 происходит переразбавление газатравителя и, как результат, число химически активных частиц плазмы начинаетуменьшаться.Крометого,снижениескороститравленияпривысокихконцентрациях O2 в рабочей смеси может быть обусловлено еще и адсорбциейатомов кислорода на активных центрах поверхности травящегося материала.Несложный анализ выражения (3.1) позволяет ожидать, что скоростьгенерации ХАЧ, а значит и скорость травления, будет немонотонной функциейдавления в реакционной камере.
Действительно, при относительно низкихдавлениях, когда kTe>>Ed, отношение Ed/kTe будет стремиться к нулю и,следовательно, �−�≈1(3.4)При дальнейшем понижении давления уменьшение концентрации молекул газа(nг) и электронов (ne) в камере и увеличение средней длины свободного пробегаэлектронов в газе (λ� ) преобладают над увеличением Te, в результате чегопроисходит уменьшение скорости генерации ХАЧ, что влечет за собой падениескорости травления [9].Приотносительновысокихдавлениях,когдаkTe∼Ed,дальнейшееувеличение давления приведет к тому, что множитель exp(-Ed/kTe) будет быстростремиться к нулю.
В результате скорость травления будет уменьшаться попричине уменьшения скорости диссоциации молекул газа и генерации ХАЧ.Следовательно, у функции Vтр(P) должен существовать экстремум (максимум),смещение от которого в сторону понижения или повышения давления приведетисключительно к падению скорости генерации химически активных частиц и,соответственно, к уменьшению скорости травления.73Таблица 3.6. Значения технологических параметров в экспериментах по изучению зависимостискорости травления кварца от давления в реакционной камереW,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %750-1500.75525750-1501.20525750-1501.65525750-1502.10525750-1502.55525Vтр, нм/мин5004504003503002502000,511,52P, Па2,53Рис. 3.8.
Зависимость скорости травления монокристаллического кварца от давления вреакционной камере.При выбранных нами значениях технологических параметров (см. Табл.3.6), полученные нами результаты зависимости Vтр(P) (рис. 3.8), вероятнее всего,соответствуют ниспадающей (справа от максимума ветви).Область травленияabОбласть травленияРис. 3.9. Изображения профилей травления, сформированных в экспериментах с различнымизначениями давления в реакционной камере (а – P = 0.75 Па и b – P = 2.55Па).74Визуальная оценка качества обрабатываемой поверхности (рис.
3.9)позволяет сделать выводы о том, что при уменьшении значений величиныдавления качество поверхности улучшается. Вероятно, это связано с увеличениемдлины свободного пробега ионов, что впоследствии обеспечивает болеевертикальное падение ионов на поверхность обрабатываемого материала.Плазмохимическое травление является сложным процессом, в которомтемпература материала, подверженного травлению, может влиять, в общемслучае, на:• вероятность взаимодействия частиц плазмы с веществом;• величину давления паров летучих продуктов взаимодействия надповерхностью травящегося материала;• процесс переосаждения продуктов травления на поверхноститравления;• селективность процесса ПХТ.Таким образом, температура травящегося материала также являетсятехнологическим параметром, влияющим на результат травления (скорость икачество поверхности профиля травления).Эксперименты проводились в смеси SF6/O2 (2 = 25%) при следующихзначениях технологических параметров процесса (таблица 3.7).Таблица 3.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
