Диссертация (1143771), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В экспериментах, направленных на определение зависимости скороститравления SiC от процентного содержания кислорода в газовой смеси SF6/O2,диапазон изменения содержания O2 варьировался от 9 % до 31 %, остальныетехнологические параметры были зафиксированы (таблица 4.2).Таблица 4.2. Значения технологических параметров экспериментов по изучению зависимостискорости травления SiC от процентного содержания O2 ([QO2/(QO2 + QSF6)]⋅100%)W ,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %800-1000.7559800-1000.757,5161015800-1000.751023800-1000.7512,528800-1000.7515310,7Vтр, мкм/мин0,60,50,40,30,20,10520QO2, %253035Рис. 4.3.
Зависимость скорости травления SiC от процентного содержания кислорода втравящей смеси.Как видно из графика (рис. 4.3), скорость травления SiC плавно растет (до560 нм/мин) с увеличением процентного содержания кислорода до 23 %,вероятнее всего, за счет увеличения концентрации радикалов F* [40] иинтенсификации процесса образования летучих соединений CO, CO2, COF2. При91дальнейшем увеличении концентрации кислорода происходит сильное снижениескорости травления (до 160 нм/мин), обусловленное уменьшением концентрации(за счет переразбавления) газа-травителя и вероятным образованием оксидакремния на поверхности обрабатываемой поверхности, который препятствуюттравлению SiC [162].
На основе полученных результатов, можно сделатьпредположение о том, что при ПХТ SiC в рассматриваемом диапазоневарьированиятехнологическихпараметров,значительныйвкладвноситхимическая составляющая процесса.Это предположение подтверждается и результатами изучения характеравлияния ВЧ мощности на скорость травления монокристаллического карбидакремния. Параметры экспериментов представлены в таблице 4.3.Таблица 4.3.
Значения технологических параметров экспериментов по изучению зависимостискорости травления SiC от мощности ВЧ источникаW ,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %600-1500.75523650-1500.75523700-1500.75523750-1500.75523800-1500.75523Vтр, мкм/мин0,90,850,80,750,70,650,6550650W, Вт750850Рис. 4.4. Зависимость скорости травления SiC от мощности ВЧ источника.Как видно из рис.
4.4, скорость травления практически линейно возрастаетот 650 до 840 нм/мин с ростом мощности от 600 до 800 Вт. Вероятнее всего, рост92скорости травления обусловлен увеличением вклада химической составляющейпроцесса ПХТ SiC за счет увеличения концентрации ХАЧ, за счет повышенияинтенсивности неупругих столкновений с электронами, средняя энергия которыхи концентрация увеличивается с повышением поглощаемой мощности [9].Интересно отметить, что характер зависимости скорости травления SiC отмощности ВЧ источника индуктивно связанной плазмы такой же, как и длякварца (Глава 3).
Вероятно, это связано со схожим характером травления, какизвестно [3, 40, 70, 71], наибольший вклад в химическую составляющую процессаПХТ SiC и SiO2 вносит образование летучих соединений SiF4.W = 600 Вт, Uсм = -150 В, P = 0.75 Па,h = 5 см, Q(O2) = 23 %W = 750 Вт, Uсм = -150 В, P = 0.75 Па,h = 5 см, Q(O2) = 23 %60 µm60 µmabРис. 4.5. Микрофотография дна окна травления SiC: а – W = 600 Вт; b – W = 750 Вт.Как известно [163], химическое травление в местах выхода на поверхностьдислокаций происходит быстрее, чем в области без нарушения периодичностикристаллической структуры. Как видно из рис. 4.5(b), травление при большихзначениях мощности сопровождается обильным образованием «ямок» на днеструктуры, что характеризуется более интенсивным травлением в местах выходадислокаций.
Данный результат также подтверждает гипотезу о том, что приповышении мощности рост скорости травления обеспечивается именно за счетувеличения концентрации ХАЧ в плазме, что также указывает на значительную93рольхимическойсоставляющейвплазмохимическомтравлениимонокристаллического карбида кремния.Важным параметром, который может влиять как на химическую, так и нафизическуюсоставляющуюпроцессаПХТ,являетсярасстояниемеждуподложкодержателем и нижним краем разрядной камеры (см.
рис. 4.6). Для тогочтобы изучить характер влияния этого параметра на скорость травления, былавыполнена специальная серия экспериментов, условия проведения которыхотражены в таблице 4.4.hРис. 4.6. Изображение 3 – D модели реактора (вертикальное сечение).Таблица 4.4. Значения технологических параметров экспериментов по изучению зависимостискорости травления SiC от расстояния между подложкодержателем и нижним краем разряднойкамерыW ,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %800-1500.75523800-1500.757.523800-1500.751023800-1500.7512.523800-1500.75152394Vтр, мкм/мин0,90,850,80,750,70,650,62,557,510h, см12,51517,5Рис.
4.7. Зависимость скорости травления SiC от расстояния между подложкодержателем инижним краем разрядной камеры.Как видно из графика (рис. 4.7), зависимость скорости травления SiC от hявляется линейной. С приближением подложки к зоне плазмы от 15 см до 5 смскорость линейно растет от 0.72 мкм/мин лишь до 0.84 мкм/мин, указывая на то,что данная зависимость имеет относительно слабый характер. Результаты анализамикрофотографий профилей травления SiC, формируемых при ПХТ (рис. 4.8),свидетельствуют о том, что рост скорости травления, вероятнее всего, связан сувеличением вклада химической составляющей процесса травления за счет ростаконцентрации ХАЧ, достигающих поверхности травления. Как видно из рис. 4.8,при приближении подложки к плазме происходит "растрав" структуры: прирасстоянии 5 см между верхней поверхностью подложкодержателя и нижнимкраем разрядной камеры угол наклона боковой стенки вытравливаемой структурысоставляет 110°, а при h = 15 см – 100°.25,28 µm110 ̊5 µmh = 5 см21,64 µm100 ̊10 µmh = 15 смРис.
4.8. Микрофотографии профилей травления SiC.95ТермостимулированныепроцессыплазмохимическоготравленияSiCпрактически не изучались в широком диапазоне температур (323 – 573 К). Однакоданный параметр может играть ключевую роль в смещении баланса физической ихимическойсоставляющейпроцессаплазмохимическоготравлениямонокристаллического карбида кремния. Для установления характера влиянияэтого параметра на скорость травления карбида кремния от температурыподложкодержателябыливыполненыэкспериментыприусловиях,представленных в таблице 4.5.Таблица 4.5. Значения технологических параметров экспериментов по изучению зависимостискорости травления SiC от температуры подложкодержателяW ,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %T, К800-1500.75523323800-1500.75523373800-1500.75523423800-1500.75523473800-1500.75523523800-1500.75523573Vтр, мкм/мин1,41,31,21,110,90,8300350400450500550600T, КРис. 4.9.
Зависимость скорости травления SiC от температуры подложкодержателя.Как видно из графика (рис. 4.9), скорость травления карбида кремниялинейно возрастает с 0.9 мкм/мин до 1.3 мкм/мин при увеличении температурыподложкодержателя с 323 К до 423 К (первый участок), дальнейшее повышениетемпературы до 573 К (второй участок 423 – 573 К) не дает прибавки в скорости96травления SiC. Можно предположить, что увеличение скорости травления SiC напервом участке обусловлено ростом скорости протекания химических реакций наповерхности обрабатываемого образца. На втором участке скорость травлениякарбида кремния не изменяется, вероятно, из-за того, что увеличилось количествогазообразных продуктов реакций, образующихся в ходе плазмохимическоготравления SiC и мешающихдоставке к поверхности новых ХАЧ и ионов,необходимых для процесса травления карбида кремния.Таким образом, в результате выполненных исследований удалось показать,что рост температуры подложкодержателя в диапазоне от 323 К до 423 Кприводиткувеличениюсвидетельствует оскороститравленияSiC.Обнаруженныйфактвозрастании вклада именно химической составляющейпроцесса травления с температурой, так как изменение температуры подложки втаком температурном интервале не может влиять на физическую составляющуюпроцесса травления.Входепроведенияэкспериментов,направленныхнаопределениезависимости скорости травления от температуры подложкодержателя, былообнаружено, что повышение температуры положительно сказывается на качествеобрабатываемой поверхности, что выражается в снижении шероховатостиобрабатываемой поверхности.
Для определения характера зависимости среднейквадратичной шероховатости (Rms) от температуры подложкодержателя былапроведена серия экспериментов, условия проведения которых представлены втаблице 4.6.Таблица 4.6. Значения технологических параметров экспериментов, направленных наопределение зависимости Rms SiC от температуры подложкодержателя№ эксп.W ,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %T, К1800-1500.755233732800-1500.755234233800-1500.755234734800-1500.7552352397Подложки SiC диаметром 76 мм делились на четыре части, затем спомощью атомно-силовой микроскопии на каждой четвертинке пластиныопределялась средняя квадратичная шероховатость (Rms) поверхности SiC допроведения процесса ПХТ и после, схема измерений Rms представлена нарис. 4.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
