Диссертация (1143771), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Результаты измерений представлены в таблице 4.7.Таблица 4.7. Значения Rms SiC до процесса ПХТ№ образцаRms (ср. значение по пластине), нм19.0328.9439.1249.37Рис. 4.10. Схема измерений средней квадратичной шероховатости SiC.98a523 Кx 2400b473 Кx 2300c423 Кx 2150Рис. 4.11. Примеры микрофотографий поверхности SiC после процесса плазмохимическоготравления.99Результаты экспериментов, направленных на определение зависимостисредней квадратичной шероховатости от температуры подложкодержателя,представлены на рис.
4.11. Микрофотографии были сделаны в области,располагающейся ближе к центру подложки. Как видно, с повышениемтемпературы наблюдается резкое снижение плотности дефектов на поверхностиSiC (рис. 4.11). Исходя из того, что в экспериментах использовались образцы SiCбез маскирующего покрытия, можно сделать вывод о том, что возникновениедефектов на поверхности SiC связано с несовершенством кристаллическойструктуры монокристаллов карбида кремния. В таблице 4.8 представлены средниезначения Rms до и после процесса ПХТ SiC.Таблица 4.8. Значения Rms SiC после процесса ПХТT, К373423473523Rms (ср. значение по пластине после ПХТSiC), нм153.2156.7217.033.31РезультатыэкспериментовRms (ср. значение по пластине до ПХТSiC), нм9.039.378.949.12показали,чтосредняяквадратичнаяшероховатость карбида кремния после процесса ПХТ, проводимого при нагревеподложкодержателя до 523 К, составила 3.31 нм, что более чем в два раза меньшезначения шероховатости поверхности, не подвергавшейся плазмохимическомутравлению.
На рис. 4.12 представлен график зависимости средней квадратичнойшероховатости от температуры подложкодержателя.200Rms, нм150100500350 375 400 425 450 475 500 525 550T, КРис. 4.12. График зависимости средней квадратичной шероховатости SiC от температурыподложкодержателя.100Возможно, эффект снижения дефектов в ходе процесса плазмохимическоготравления связан как с ростом скорости травления, так и с передачейдополнительной энергии поверхностным атомам подложки карбида кремния засчет увеличения температуры, что ведет к выравниванию скоростей травленияобластей поверхности карбида кремния, не имеющих нарушения периодичностикристаллическойструктурыисодержащихвыходыдислокаций,и,соответственно, обуславливает равномерное травление всей поверхности.Проанализировав полученные экспериментальные данные, можно сделатьвывод о том, что химическая составляющая процесса травления вноситсущественный вклад в процесс ПХТ SiC.
Однако результаты исследованиявлияния напряжения смещения на скорость травления SiC (см. рис. 4.13)указывают на то, что и физическая составляющая процесса, заключающаяся вионном распылении подложки, играет существенную роль. Увеличение величинынапряжения смещения, прикладываемого к подложке, обуславливает ростэнергии ионов, направляемых на поверхность, и повышение интенсивностипроцесса распыления.В таблице 4.9 приведены условия проведенияэкспериментов, время травления во всех экспериментах составляло 30 минут.Таблица 4.9.
Значения технологических параметров экспериментов по изучению зависимостискорости травления SiC от напряжения смещенияW ,Вт800800800800800Uсм, В-50-75-100-125-150P, Па0.750.750.750.750.75h, см55555Q, %2323232323Как видно из приведенных на рис. 4.13 данных, увеличение напряжениясмещения приводит к значительному (в 2.8 раза) росту скорости травления(вплоть до 840 нм/мин), причем полученная зависимость носит практическилинейный характер. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод отом, что физическая составляющая также имеет значительный вклад в травление101монокристаллического карбида кремния в изучаемом диапазоне технологическихVтр, мкм/минпараметров.10,90,80,70,60,50,40,30,20,10-40-70-100-130-160U, ВРис.
4.13. Зависимость скорости травления от напряжения смещения, подаваемого на держательподложки.Увеличение потенциала смещения на подложке позволяет значительноповышать скорость травления различных материалов при неизменных величинахостальных технологических параметров [31, 33, 42, 44], и этот эффект наблюдалсяв экспериментах по травлению монокристаллического кварца, представленных вГлаве 3.
Однако стоит отметить, что при этом темп роста скорости травленияSiO2, более чем в 1.5 раза ниже, чем для SiC, что, по всей видимости, связано сразличными значениями энергии связи для Si-O (445 кДж/моль) и Si-C(318 кДж/моль) [164].Предположение о существенной роли ионного распыления подложки приплазмохимическом травлении монокристаллического карбида кремния хорошосогласуется с результатами исследования зависимости скорости травления SiC отдавления в реакторе. Параметры экспериментов представлены в таблице 4.10.102Таблица 4.10. Значения технологических параметров экспериментов по изучению зависимостискорости травления SiC от давления в реактореW ,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %800-1500.75523800-1501.20523800-1501.65523800-1502.10523800-1502.555230,9Vтр, мкм/мин0,80,70,60,50,40,30,51,5 P, Па 212,53Рис.
4.14. Зависимость скорости травления SiC от давления в реакторе.Наблюдаемый характер зависимости (рис. 4.14) обусловлен тем, чтоснижение давления в реакторе ведет к увеличению длины свободного пробегаионов и их энергии, что ведет к росту скорости травления и улучшению егонаправленности (рис. 4.15). Следует отметить, что при понижении давления вкладхимической составляющей должен падать из-за снижения парциального давленияреагентов, поэтому полученные в ходе экспериментов данные позволяют сделатьвывод о том, что давление в реакторе способствует, в большей степени, именнофизическойсоставляющейпроцессаплазмохимическоготравлениямонокристаллического карбида кремния.19,38 µm117 ̊25,28 µm110 ̊5 µm5 µmРис.
4.15. Микрофотографии профиля окон травления SiC: а – P = 1.65 Па; b – P = 0.75 Па.103Анализ полученных результатов убедительно свидетельствуют о том, что висследованных условиях процесс ПХТ монокристаллического карбида кремнияявляется сложным процессом и происходит как благодаря химическим реакциям,так и ионному распылению подложки. Варьируя технологические параметрыпроцесса, удается изменять относительные вклады химической и физическойсоставляющих процесса и создавать условия, обеспечивающие формирование вподложкахSiCповерхностныхструктурсзаданнымигеометрическимихарактеристиками и требуемым уровнем шероховатости поверхности.4.3 Разработка основ и оптимизация процесса глубокого скоростногоплазмохимического травления SiCПониманиефизико-химическихплазмохимическоготравлениянедостаточноразработкидлязакономерностеймонокристаллическогопроцессапроцессакарбидавысокоскоростногокремнияглубокогонаправленного травления SiC, реализуемого при малой мощности ВЧ источникаиндуктивно связанной плазмы, пригодного для внедрения в промышленность.Представляется важным дать количественную оценку степени влияния основныхтехнологических параметров на скорость процесса ПХТ.Эффективным инструментом для решения такого рода задач является методТагучи, который позволяет анализировать большое количество различныхпараметров без осуществления большого количества экспериментов.
Например,исследование процесса, характеризующегося 4 факторами, каждый из которыхварьируется на 3 уровнях, требует 81 (34) эксперимента, осуществляемых при всехвозможных комбинациях факторов. Однако используя ортогональные матрицыТагучи, необходимо всего 27 экспериментов для выяснения характера влиянияфакторов, что составляет всего 33% от изначального количества экспериментов,что и явилось причиной использования матричного метода Тагучи дляпланированияэкспериментов[152].Однакоданныйметоднакладываетограничения на диапазоны варьирования факторов.
В этих диапазонах функцияотклика должна иметь непрерывный и монотонный характер. Как показали104результаты исследования характера влияния на скорость травления, следующиетехнологические параметры могут быть выбраны в качестве факторов,варьируемых в исследованных интервалах значений:• напряжение смещения, подаваемого на подложкодержатель (Uсм);• значение ВЧ мощности, поглощаемой в разряде, используемом длясоздания плазмы (W);• температура подложкодержателя (T в диапазоне от 373 до 473 К, гдефункция монотонная);•положение подложкодержателя относительно разрядной камеры (h).Общий план экспериментов отображен в таблице 4.11. Каждый экспериментвключал в себя 3 опыта, выполненных при одинаковых технологическихпараметрах для проверки воспроизводимости результатов.Таблица 4.11.
Значения технологических параметров в экспериментах, спланированных спомощью метода Taguchi№W, Вт U, В h, смэкспериментаI600-505II600 -100 10III600 -150 15IV700-5010V700 -100 15VI700 -1505VII800-5015VIII800 -1005IX800 -150 10T, K373423473473373423423473373Vтр. ср,нм/мин54092011099421011124798312241051Погрешность определения скорости травления не превышала ±2.5%Перечисленные выше факторы фиксировались на трех уровнях значений:Uсм = -50 В, -100 В и -150 В, W = 600 Вт, 700 Вт и 800 Вт, h = 5 см, 10 см и 15 см, T= 373, 423 и 473 К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
