Диссертация (1143771), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Значения технологических параметров контрольного экспериментаUсм, В-200W, Вт750h, см5 , %25Р, Па0.7582Из таблицы видно, что в контрольном эксперименте использовалосьсочетание параметров, которое дало наибольшую скорость травления ввышеописанных опытах. Более того, было увеличено значение напряжениясмещения. Это было сделано для того, чтобы компенсировать неизбежноепадение скорости травления по мере увеличения глубины протравливаемого окна,связанноесизменениямиусловийдоставкиреакционныхчастицдообрабатываемой поверхности и отвода продуктов реакции из реакционнойобласти [158, 159]. С увеличением глубины травления уменьшается потокхимически активных нейтральных частиц и затрудняется их доступ к поверхноститравления из-за столкновения частиц друг с другом и с боковыми стенкамипрофиля травления.
Кроме того, ухудшаются и условия транспортировкинейтральных продуктов травления – обратный поток продуктов химическойреакции со дна структуры сталкивается с потоком входящих частиц.На рис. 3.14, в качестве примера, показано несколько изображенийпрофилясквозногополученныхпритравленияпроведениипластинымонокристаллическогоконтрольногоэксперимента.Покварца,данным,представленным на этом рисунке, было определено, что в контрольномэксперименте скорость травления составила около 400 нм/мин при селективноститравления кварца по отношению к материалу маски SSiO2/Cr-Ni = 120, при этом уголнаклона боковой стенки протравленного окна составил порядка 101°.Таким образом, в результате проведенных исследований (определенияхарактера влияния отдельных технологических параметров на скорость травленияи их ранжирования) была разработана технология ПХТ, обеспечивающаяскоростное глубокое травление окон с большими линейными размерами (3×10мм) в пластинах монокристаллического кварца (z-срез) в газовой смеси SF6/O2,отличающаяся пониженной ВЧ мощностью, подводимой в разряд плазмы.Кроме того, с целью повышения скорости плазмохимического травлениямонокристаллическогокварца,былпроведенконтрольныйэксперименттермостимулированного плазмохимического направленного глубокого травлениямонокристаллического кварца.
Параметры эксперимента представлены в таблице833.10. В качестве образцов использовались пластины из монокристаллическогокварца (z-срез) толщиной 370 мкм с металлической маской из Cr-Cu-Cr пленкитолщиной 10 мкм, в которой были созданы полоски шириной 160 мкм и 75 мкм.Рис. 3.14.
Изображения толщины слоя остаточной маски (а), профиля стенки окна травления(b) и угла наклона боковой стенки (c) после сквозного травления монокристаллического кварца.Таблица 3.10. Значения технологических параметров контрольного экспериментатермостимулированного процесса ПХТ SiO2Uсм, ВW, Втh, см-1007505 , %25Р, ПаT, Kt, мин0.7544840Примеры микрофотографий структур, получившихся в ходе проведенияконтрольного эксперимента, представлены на рис.
3.15. Скорость травления84составляла около 1 мкм/мин при селективности травления кварца по отношению кматериалу маски SSiO2/Cr-Cu-Cr = 50.Рис. 3.15. Микрофотографии обрабатываемой структуры, полученной в результате проведенияконтрольного эксперимента термостимулированного процесса травления SiO2.85Угол наклона боковой стенки вытравленной структуры оказался равным порядка85°. Снижение скорости травления монокристаллического кварца относительноаналогичнойопределениевеличиныполученнойзависимостивскоростиэкспериментах,травлениянаправленныхотнатемпературыподложкодержателя, вероятно, связано с «апертурным» эффектом, так каклинейные размеры вытравливаемых структур в контрольном эксперименте болеечем в 15 раз меньше линейных размеров вытравливаемых структур впредварительных экспериментах.На рис.
3.16 приведена фотография конструкции прибора, изготовленногос помощью технологии плазмохимического, термостимулированного процессатравления монокристаллического кварца.Рис. 3.16. Фотография кварцевого камертона, изготовленного с помощью процессатермостимулированного травления.Сравнивая полученные результаты с имеющимися в литературе даннымипо ПХТ глубоких структур в кварце, необходимо отметить, что в ряде работ [67,77, 92, 160] сообщается о достижении и более высоких значений (до 700 нм/мин)скоростей травления монокристаллического кварца в установках с индуктивносвязанной плазмой на глубину до 120 мкм.
Однако такие скорости достигались засчет применения высоких мощностей ВЧ источников (>1500 Вт) и значительно86больших напряжений смещения (> 300 В), что неизбежно ведет к уменьшениюселективности травления SiO2 по отношению к маскирующему слою, а этообстоятельство является критичным при травлении на большую глубину.
Вотличие от упомянутых работ, нам удалось продемонстрировать возможностьреализации процесса глубокого (370 мкм) плазмохимического травления кварцасо скоростью травления порядка 400 нм/мин и высоким коэффициентомселективности (~120) при использовании малой мощности (750 Вт) ВЧ источникаиндуктивно связанной плазмы и относительно низких значений напряжениясмещения (-200 В).Исследований,направленныхнаизучениетермостимулированногопроцесса ПХТ SiO2 в широком диапазоне температур (323 – 598 К) обнаружено небыло.
Как правило, температура подложкодержателя лежит в диапазоне от 273 до333 К и скорости травления находятся в диапазоне 300–600 нм/мин, прииспользовании высоких уровней ВЧ мощности [13, 68, 69, 76, 161]. На основерезультатоввпервыевыполненныхэкспериментовпоисследованиютермостимулированных процессов травления монокристаллического кварца,разработаны основы технологии глубокого высокоскоростного направленногоплазмохимического травления SiO2 при использовании ВЧ источника ИСП малоймощности (< 1000 Вт) и при относительно низких значениях напряжениясмещения (-100 В) (таблица 3.10). Удалось достичь скоростей травления около1 мкм/мин при глубине травления порядка 40 мкм. Значение коэффициентаселективности процесса травления кварца по отношению к маскирующему слоюсоставило 50, при этом угол наклона боковых стенок профилей травления былоколо 85°.
С помощью разработанного термостимулированного процессаплазмохимического травления монокристаллического кварца была успешнополучена структура (глубина 150 мкм) кварцевого камертона.87ГЛАВА4.ИССЛЕДОВАНИЕФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХПРОЦЕССАПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГОЗАКОНМОЕРНОСТЕЙТРАВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КАРБИДА КРЕМНИЯ ВГАЗОРАЗРЯДНОЙ ФТОРСОДЕРЖАЩЕЙ ПЛАЗМЕ4.1Определениетравлениегазовойсмеси,монокристаллическогообеспечивающейкарбидакремнияплазмохимическоеснаибольшимискоростямиВ качестве основного газа-травителя в экспериментах использовалигексафторид серы SF6 повышенной чистоты 99.998 (ГОСТ ТУ 6-02-1249-83).Травление проводилось в трех газовых смесях: SF6/Ar, SF6/O2 и SF6/O2/Ar.Образцами служили пластины 6Н-SiCтолщиной 100 мкм и 400 мкм ссформированной на поверхности металлической маской в виде слоя Ni толщиной4 мкм и 7 мкм, соответственно.
Во всех опытах перед началом травленияповерхность пластин обрабатывалась с целью ее очистки от нежелательныхзагрязнений в аргоновой плазме в течение 10 минут (расход аргона – 21.75 ± 0.05мл/мин при давлении в реакторе – 0.7 Па, уровень поглощаемой ВЧ мощностисоставлял 750 Вт, а потенциал смещения – -25 В).Для определения состава и расхода газовой смеси, обеспечивающихнеобходимые параметры процесса травления, была проведена предварительнаясерияэкспериментов,поверхностнойвкоторойплотностиизучаласьморфологическихвозможностьдефектовминимизацииидостижениямаксимальных скоростей травления за счет изменения соотношения химическихкомпонентовтравящейсмеси.Значениятехнологическихпараметроввпредварительных экспериментах представлены в таблице 4.1. Для проверкивоспроизводимости процесса все эксперименты повторялись три раза.Таблица 4.1.
Значения технологических параметров в предварительных экспериментах.Vтр.ср.,Эксперимент, ГазоваяQ, %W, ВтP, ПаUсм, Вt, мин нм/мин№смесь1SF6/Ar25 (Ar)8000.75-50302832SF6/O2/Ar 25(Ar)/15(O2)8000.9-50302393SF6/O225(О2)8000.75-503030188Микрофотографии поверхностей подложек SiC, образующихся притравлении в различных газовых смесях (предварительные эксперименты),показаны на рис. 4.1. Как видно из этого рисунка, травление в смесях SF6/Ar иSF6/O2/Ar характеризуется достаточно высоким уровнем дефектообразования наповерхности травления, тогда как наименьшая плотность дефектов быладостигнута после процесса травления в газовой смеси SF6/O2.
Необходимоотметить, что микрофотографии (рис. 4.1(a) и (b)) делались вблизи центраоткрытой части пластины, а изображение, представленное на рис. 4.1(c), былополучено у края пластины, так как в последнем случае дефекты наблюдалисьтолько вблизи границы раздела маскированной и открытой частей подложки.Вероятнее всего, наличие дефектов у края пластины связано с переосаждениемникелевой маски на открытую поверхность SiC в процессе его травления, чтосоответствует так называемому эффекту микромаскирования [45].Для того чтобы проверить это предположение, методом рентгеновскойфотоэлектронной спектроскопии был изучен элементный состав поверхноститравления. Как видно из рис.
4.2, на поверхности образца были обнаруженыследующие элементы: Si ~ 28.8%, C ~ 35.0%, O ~ 7.9%, F ~ 20.2% и Ni ~ 8.1%, чтоподтверждает гипотезу о переосаждении частиц никелевой маски, возникающемпри ее распылении высокоэнергичными ионами и приводящем к эффектумикромаскирования травящейся поверхности.Рис. 4.1. Микрофотографии поверхности окон травления после ПХТ процесса в различныхгазовых смесях: a – SF6/Ar, b – SF6/O2/Ar и c – SF6/O2.89Рис. 4.2.
Рентгеновский фотоэлектронный спектр поверхности окна травления,зарегистрированный после завершения процесса ПХТ.В результате предварительных экспериментов, направленных на определениегазовойсмеси,обеспечивающеймаксимальнуюскоростьтравлениямонокристаллического карбида кремния на используемом оборудовании и висследуемых диапазонах технологических параметров, было установлено, чтопроцесс ПХТ SiC в газовой смеси SF6/O2 обеспечивает не только достижениемаксимальных скоростей (301 нм/мин), но и минимизацию дефектообразованияна поверхности вытравливаемых структур. Показано, что одной из причинобразования дефектов является эффект микромаскирования. Травление в газовыхсмесях с добавкой Ar ведет к распылению маскирующего никелевого слоя за счетбомбардировки высокоэнергетичными ионами, что приводит к ухудшениюкачества обрабатываемой поверхности в результате переосаждения Ni на дно оконтравления SiC.4.2Изучение характера влияния основных технологических параметровна скорость травления SiCПринимая во внимание результаты, полученные в предварительныхэкспериментах, дальнейшие опыты по травлению карбида кремния проводились вплазме смеси SF6/O2.90Известно [38], что зависимость скорости травления монокристаллическогокарбида кремния от процентного содержания кислорода в общей газовойтравящей смеси имеет сложный характер, определяемый конструктивнымиособенностями используемой аппаратуры, и поэтому требует специальногоизучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
