Диссертация (1143771), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Расход SF6, время травления и рабочее давление в камере вовсех опытах были фиксированы и составляли 10.15 ± 0.03 мл/мин, 30 минут и 0.75Па,соответственно.Ранжированиеварьируемыхфакторовпопринципунаибольшего влияния на скорость травления выполнялось с помощью программыMinitab 17. Во всех экспериментах перед началом травления поверхность пластин105обрабатывалась в аргоновой плазме в течение 10 минут (расход аргона – 21.75 ±0,05 мл/мин, давление в реакторе – 0.7 Па, ВЧ мощность – 750 Вт, потенциалсмещения – -25 В) с целью ее очистки от нежелательных загрязнений.Средние скорости травления SiC для каждого эксперимента (усреднениепроводилось по соответствующим тройкам опытов с одинаковыми величинамитехнологическихпараметров)представленывтаблице4.11.Результатыранжирования факторов показаны на рис.
4.16. Из рисунка видно, что наиболеесильное влияние на скорость травления оказывает напряжение смещения. Всеэксперименты с малыми значениями величины Uсм (-50 В) дали скороститравления менее 1 мкм/мин (I – 0.54, IV – 0.94 и VII – 0.98 мкм/мин), тогда как вэкспериментах с наибольшим значением отрицательного потенциала на столике сдержателем подложки (-150 В) наблюдались существенно более высокие значенияVтр.ср (III – 1.11, VI – 1.25 и IX – 1.05 мкм/мин). Как указывалось ранее (параграф4.2), в случае больших значений напряжения смещения, повышение скороститравления связано с увеличением вклада физической составляющей процессатравления, заключающейся в ионном распылении подложки в результате ростаэнергии ионов и улучшения направленности их движения к подложке.
Такимобразом, можно утверждать, что наибольший вклад в процесс ПХТ SiC ввыбранномдиапазонетехнологическихпараметроввноситфизическоераспыление подложки при термостимуляции вплоть до 423 К.010203040Рис. 4.16. Гистограмма распределения технологических параметров по степени их влияния наскорость травления SiC.106Вторым и третьим по значимости факторами, влияющими на скоростьхимическойсоставляющейпроцессаплазмохимическоготравлениямонокристаллического карбида кремния являются ВЧ мощность источника ИСПи температура подложкодержателя. Однако их влияние слабее, чем напряжениясмещения. Наиболее слабое влияние на скорость травления оказывает расстояниемежду подложкодержателем и нижней границей реакционной камеры.Анализ полученных результатов позволяет установить оптимальные длясозданиявысокоскоростногонаправленногоглубокого(сквозного)плазмохимического травления SiC технологические параметры, свойственныеиспользуемому технологическому оборудованию.В качестве образцов для травления (в контрольных экспериментах)использовались подложки карбида кремния (6H-SiC) толщиной 110 мкм с Niмаской толщиной 4 мкм, с окнами для травления различной геометрии.Технологическиепараметрыпервойсерииконтрольныхэкспериментовпредставлены в таблице 4.12.Таблица 4.12.
Значения технологических параметров контрольного экспериментаглубокого (сквозного) процесса ПХТ SiCW, ВтUсм, ВP, Паh, смQO2, %t, мин800-2000.751523100С целью компенсации потери скорости травления SiC за счет удаленияподложки от плазменной зоны, значение напряжения смещения было увеличенодо -200 В.
В данной серии экспериментов использовался водоохлаждаемыйпьедестал. Результаты контрольных экспериментов глубокого (сквозного)травления монокристаллического карбида кремния представлены на рис. 4.17.Толщина остаточного слоя никелевой маски составила 1.46 мкм (рис. 4.18).10760 µm60 µmРис. 4.17. Микрофотографии обрабатываемой структуры, полученной в результате проведениясерии контрольных экспериментов сквозного процесса травления SiC.1,46 µmРис. 4.18. Микрофотография толщины слоя остаточной маски после сквозного травления SiC.С целью повышения скорости травления монокристаллического карбидакремния, был проведен процесс глубокого термостимулированного ПХТ SiC.
В108качестве образцов послужили пластины 6H – SiC с Ni маской толщиной 10 мкм,на поверхности которых были сформированы окна травления 4×4 мм.Технологическиепараметрытермостимулированногопроцессаплазмохимического травления SiC представлены в таблице 4.13.Таблица 4.13. Значения технологических параметров контрольного экспериментаглубокого процесса ПХТ SiCW, ВтUсм, ВP, Паh, смQO2, %T, Кt, мин800-2000.751523523180Рис.
4.19. Микрофотография профиля окна травления, полученного в результате проведенияконтрольного эксперимента термостимулированного процесса травления SiC.Результатыэкспериментовпоглубокомутермостимулированномунаправленному процессу ПХТ карбида кремния представлены на рис. 4.19. Каквидно из этого рисунка, глубина травления составила около 200 мкм. При этомостаточная толщина маски составила 3.26 мкм (рис. 4.20), таким образом,селективность травления карбида кремния по отношению к никелевой маске вэкспериментах с термостимуляцией равняется порядка 30. Удалось достичьскоростей травления 1.12 мкм/мин.
Угол наклона стенки сформированнойструктуры составил порядка 83°. Отклонение профиля травления от вертикали,вероятно, связано с зарядкой обрабатываемой подложки, что ведет к отклонению109угла падения ионов относительно поверхности травления и вследствие этогоформируется структура с эффектом отрицательного клина травления.3.236 µmРис. 4.20. Микрофотография толщины слоя остаточной маски после термостимулированногопроцесса ПХТ SiC.Сравниваяполученныерезультатыслитературнымиданнымипоплазмохимическому травлению карбида кремния, необходимо отметить, что вподавляющем большинстве работ достигнутые значения скорости травлениялежат в диапазоне от 200 до 700 нм/мин [32, 39, 46, 165–169] при ВЧ мощностиисточника ИСП менее 1000 Вт и напряжении смещения менее -300 В, и от 700нм/мин до 1500 нм/мин при ВЧ мощности источника более 1000 Вт и напряжениисмещения более 300 В [40, 171].
Специально стоит отметить авторов работ [37,172], которым удалось достичь рекордных скоростей травления подложек карбидакремния 4H-SiC (порядка 2 мкм/мин) при глубинах травления более 140 мкм,однако данные значения были достигнуты при ВЧ мощности 2 кВт и напряжениисмещения более 500 В. Заслуживают внимания результаты, полученные в работе[170], авторы которой сообщают о достижении скорости травления подложеккарбида кремния 4H-SiC порядка 0.95 мкм/мин при глубине травления 330 мкм изначениях поглощаемой мощности и напряжении смещения 1200 Вт, -160 В,110соответственно. Достигнуть таких скоростей удалось за счет использованиядостаточно сложного геликонового источника высокоплотной плазмы. Однако засчет термоактивации процесса ПХТ карбида кремния нам удалось достичьскоростей травления 1.12 мкм/мин при глубине травления около 200 мкм примощности ВЧ источника 800 Вт и напряжении смещения -200 В.
Значенияселективности процесса травления карбида кремния по отношению к никелевоймаске составляло 30, а угол наклона стенки области травления – 83°.На основе полученных результатов предложен новый уникальный методполировки подложек SiC на основе термической стимуляции процессаплазмохимическоготравления.Эффективностьданногометодадоказанаэкспериментально. Разработан процесс глубокого (сквозного) направленного ПХТSiС, с помощью которого удалось решить практическую задачу – сформироватьмассив сквозных отверстий диаметром около 60 мкм на подложке карбидакремниятолщиной110мкм.высокоскоростного направленноготехнологическийциклРазработанныйпроцессглубокоготравления карбида кремния внедрен впроизводствамощныхСВЧтранзисторовнагетероструктурах AlGaN/GaN/SiC.111ГЛАВА5.ИССЛЕДОВАНИЕФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХПРОЦЕССАПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГОЗАКОНОМЕРНОЯТЕЙТРАВЛЕНИЯМОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГОНИОБАТАЛИТИЯВГАЗОРАЗРЯДНОЙ ФТОРСОДЕРЖАЩЕЙ ПЛАЗМЕ5.1Определениегазовойсмеси,обеспечивающейплазмохимическоетравление монокристаллического ниобата лития с наибольшими скоростямиВ связи с тем, что основу процесса плазмохимического травлениясоставляют реакции взаимодействия радикалов фтора с поверхностью LiNbO3 собразованием таких летучих соединений, таких как NbF5, NbOF3, OF2 и т.д, вработах[103,127],вкачествеосновногогазадлятравлениямонокристаллического ниобата лития использовался гексафторид серы (SF6).
Вкачестве добавок при выборе оптимальной газовой смеси, с точки зренияповышения скорости травления, использовались аргон (Ar) и кислород (O2).Образцами для травления служили пластины ниобата лития XY-128° срезатолщиной 370 мкм с металлической маской из Cr-Cu-Ni пленки толщиной 7 мкм,в которой были созданы окна размером 3×10 мм.В таблице 5.1 представлены технологические параметры предварительныхэкспериментов. Для проверки воспроизводимости процесса каждый экспериментповторялся три раза, после чего определялась средняя глубина области травленияи, соответственно, скорость травления.
Во всех экспериментах время травлениясоставляло30минут,ииспользовалсяподложкодержательсводянымохлаждением.В предварительных экспериментах отношение [QO2/(QO2 + QSF6)]⋅100%составляло ≈25% для первой серии и 41% – для второй. При осуществленииопытов с использованием аргона были выбраны такие значения, которые близки квеличине, при которой в работе [103] наблюдался максимум скорости травленияпри добавлении как кислорода, так и аргона. Во избежание возникновениябольшогоградиентатемпературывподложкеLiNbO3вовремяплазмохимического травления использовались относительно невысокие значенияВЧ мощности (550 Вт) и напряжения смещения (-50 В).
Минимизация нагрева112поверхности подложки, достигаемая такими мерами и, соответственно, градиентатемпературы в подложке, позволяет избежать разрушения монокристаллическогоLiNbO3. Расстояние от пьедестала до разрядной камеры составляло 5 см.Таблица 5.1. Технологические параметры предварительных экспериментов№ серииэкспериментов1234Q, мл/мин6666= 10.15= 10.15= 10.15= 10.15Q, мл/минP, ПаW, ВтUсм, ВVтр.ср.,нм/мин221.651.651.651.65550550550550-50-50-50-5061.1737.1430.0744.93= 3.45= 7.07= 3.45= 7.07Как следует из полученных результатов (таблица 5.1), максимальнаяскорость травления была достигнута в первой серии экспериментов и составила61.17 нм/мин. Несколько примеров профиля травления монокристаллическогониобата лития показаны на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
