Диссертация (1143771), страница 16
Текст из файла (страница 16)
5.1.aO2 = 3,45 мл/минОбластьтравленияAr = 7,07 мл/минcОбластьтравления969.7 nm1.243 µmМаскаМаскаbМаскаO2 = 7,07 мл/минdAr = 4,45 мл/мин663.3 nm764.8 nm682.9 nmОбластьтравленияМаскаОбластьтравленияРис. 5.1. Микрофотографии кромки окна (под ∠ = 45 ̊), протравленного в монокристаллическомниобате лития с использованием смеси SF6/O2 (а, b) и SF6/Ar (c, d).113Анализполученныхобразцовпоказал,чтопослепроцессаплазмохимического травления в окнах травления LiNbO3 образуется черный налет(рис.
5.2). Эффективным методом удаления этого соединения является обработкаобразцов после ПХТ в плавиковой кислоте (40%) в течение 30 секунд [103].abРис. 5.2. Пример образца монокристаллического ниобата лития до травления (a) и послетравления во фторсодержащей плазме (b).Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии был изученэлементный составповерхности монокристаллического ниобата лития послепроцесса плазмохимического травления (рис. 5.3). Результаты проведенныхисследований показали, что во время травления во фторсодержащей плазме наповерхности обрабатываемого LiNbO3 образуется нелетучее соединение LiF. Вспектре лития наблюдается 2 компоненты (рис.
5.3(а)), наибольшая из которыхсоответствует LiF (55.95 эВ), а вторая, слабая (52.29 эВ), соответствуетсоединению LiNbO3. Линия фтора содержит одну компоненту, котораясоответствует LiF (685.3 эВ) (рис. 5.3(б)).114Li 1sx 102F 1sаF 1sбCPSCPSLi 1sx 101Binding Energy (eV)Binding Energy (eV)Рис. 5.3.
Рентгеновский фотоэлектронный спектр поверхности окна травления,зарегистрированный после завершения процесса ПХТ (а – Li, б – F).На основе анализа результатов выполненных экспериментов установлено,что оптимальной, с точки зрения достижения максимальной скорости травления,является газовая смесь SF6/O2, содержащая 25% кислорода. Очевидно, чтодобавление кислорода в оптимальных количествах способствует образованиюлетучих, кислородосодержащих (например, NbOF3, OF2 и т.д. [103, 127])продуктов реакции взаимодействия ХАЧ с LiNbO3 и, таким образом,положительно влияет на скорость травления. В этом случае имеет местоувеличение химической составляющей процесса травления.
При этом стоитотметить, что в экспериментах с 2 = 7.07 мл/мин наблюдается снижениескорости травления LiNbO3, данный эффект, по всей видимости, связан спереразбавлением основного газа травителя (SF6), что ведет к снижению числаХАЧ в плазме.
Добавки аргона к SF6, в свою очередь, приводят к ростуфизической составляющей травления, связанной с распылением материала под115действием ионов аргона с высокой энергией. Однако этот способ увеличенияскорости травления оказался менее эффективным (см. таблицу 5.1).5.2Исследованиевлиянияосновныхтехнологическихпараметровпроцесса травления на скорость травления ниобата литияС целью изучения физико-химических закономерностей плазмохимическоготравления, исследован характер влияния основных технологических параметровпроцесса на скорость травления монокристаллического ниобата лития. Во всехэкспериментах после процесса ПХТ образцы обрабатывались в 40% плавиковойкислоте в течение 30 секунд для удаления нелетучего фторида лития.Преждевсего,особыйинтересдляисследованияпредставляюттехнологические параметры, которые наиболее сильно могут влиять на ионноераспыление (P, Uсм, h) подложки ниобата лития, поскольку именно физическаясоставляющая процесса травления вызывает неконтролируемый и неравномерныйнагрев пластины, приводящий к механическому разрушению подложки LiNbO3[103].Как показано во многих работах [9, 81, 83], давление в реакционной камересущественно влияет на интенсивность ионной бомбардировки поверхностиподложки при плазмохимическом травлении различных материалов.
Поэтому,прежде всего, изучался характер влияния этого параметра на скорость травления.Полученные, при приведенных в таблице 5.2 значениях технологическихпараметров, результаты показаны на рис. 5.4 в виде зависимости Vтр(P). Времятравления во всех экспериментах составляло 30 минут.Таблица 5.2. Значения технологических параметров в экспериментах по изучению зависимостискорости травления LiNbO3 от давления в реакционной камереW, ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %700-500.75525700-501.20525700-501.65525700-502.10525700-502.55525116Vтр, нм/мин11510595857565554535250,511,5P, Па22,5Рис. 5.4. График зависимости скорости травления LiNbO3 от давления в реакционной камере.Характер зависимости скорости травления монокристаллического ниобаталития от давления в камере является близким к характеру аналогичнойзависимости для монокристаллического карбида кремния (глава 4), что указываетна одинаковые причины такого влияния.
Вероятнее всего, рост скороститравления LiNbO3 с уменьшением давления обусловлен увеличением длинысвободногопробегаиэнергииионов,бомбардирующихповерхностьобрабатываемого материала [83]. Уменьшение давления в реакторе ведет кулучшениюнаправленностиПХТLiNbO3,чтоподтверждаетсямикрофотографиями кромок окон травления монокристаллического ниобаталития (рис. 5.5).абРис.
5.5. Микрофотографии кромок окон, протравленных в монокристаллическом ниобателития: а – P = 0.75 Па, б – P = 2.55 Па.117Таким образом, давление в реакторе является параметром, которыйнепосредственновлияетплазмохимическогонавкладтравленияфизическойниобаталитиясоставляющейпроцессавыбранномдиапазоневтехнологических параметров. Следует отметить, что при проведении этихэкспериментов ни в одном случае не обнаружено механического разрушенияподложек LiNbO3 во всем изучаемом диапазоне давления.Значения технологических параметров в экспериментах по изучениювлияния напряжения смещения на скорость травления представлены в таблице5.3, а соответствующие результаты показаны на рис.
5.6. Как видно из этогорисунка, скорость травления практически линейно растет с увеличениемнапряжения смещения. Увеличение напряжения смещения ведет к росту энергииионов, бомбардирующих поверхность образца, что обуславливает увеличениескорости травления LiNbO3 за счет интенсификации физической составляющейпроцесса ПХТ монокристаллического ниобата лития.Кроме того, было обнаружено, что образцы, подвергнутые травлению приUсм, меняющимся от -100 до -150 В, либо растрескивались (-125 – -150 В), либостановились хрупкими (-100 В).
Это свидетельствует о возникновениизначительных градиентов температуры в подложках при использовании большихзначений напряжения смещения.Таблица 5.3. Значения технологических параметров в экспериментах, направленных наопределение зависимости скорости травления LiNbO3 от напряжения смещения, подаваемого наподложкодержательW, ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %700-500.75525700-750.75525700-1000.75525700-1250.75525700-1500.75525118260Vтр, нм/мин23020017014011080-40-70-100-130-160Uсм, ВРис. 5.6.
График зависимости скорости травления LiNbO3 от напряжения смещения,подаваемого на подложкодержатель.На интенсивность ионной бомбардировки должно влиять и расстояниемежду подложкодержателем и нижним краем разрядной камеры, т.е., расстояниеот поверхности обрабатываемого материала до источника плазмы. Кроме того,как было показано ранее, этот параметр может оказывать влияние и нахимическуюсоставляющуюпроцессаПХТ.Параметрыэкспериментов,направленных на выявление характера влияния этого параметра на скоростьтравления, представлены в таблице 5.4.Таблица 5.4.
Значения технологических параметров в экспериментах, направленных наопределение зависимости скорости травления LiNbO3 от расстояния междуподложкодержателем и нижним краем разрядной камерыW, Вт700700700700700Uсм, В-50-50-50-50-50P, Па0.750.750.750.750.75h, см57.51012.515Q, %2525252525119110Vтр, нм/мин100908070605046,5911,5h, см1416,5Рис. 5.7. График зависимости скорости травления LiNbO3 от расстояния междуподложкодержателем и нижним краем разрядной камеры.Как видно из рисунка 5.7, скорость травления LiNbO3 растет сприближением подложкодержателя к разрядной камере. Можно предположить,что по мере приближения образца к зоне генерации плазмы, увеличиваетсяколичествоионов,бомбардирующихповерхностьтравления.Данноепредположение подтверждается микрофотографиями краев областей травления(рис.
5.8). При удалении подложки ниобата лития от зоны генерации плазмынаблюдается размытие границ стенок окон травления (рис. 5.8(б)), чтосвидетельствует об уменьшении вклада физической составляющей в процесстравления.МаскаLiNbO3Ступенька после ПХТаLiNbO3Ступенька после ПХТбРис. 5.8. Микрофотографии кромок окон, протравленных в монокристаллическом ниобателития: а – h = 7.5 см, б – h = 15 см.120Таким образом, приближая подложку максимально близко к областигенерацииплазмы,можнодостигатьувеличениявкладафизическойсоставляющей в процесс ПХТ LiNbO3 при заданных значениях технологическихпараметров.Проанализировав полученные экспериментальные данные, можно сделатьвывод о том, что физическая составляющая процесса травления вноситсущественный вклад в ПХТ LiNbO3.
При этом стоит отметить, что высокаячувствительность монокристаллического ниобата лития к температурномуградиенту накладывает ограничения на диапазон изменения напряжениясмещения (до -100 В). Это обстоятельство не позволяет добиться высокихскоростей травления только за счет физической составляющей процесса.Еще одним параметром, влияющим на скорость травления ниобата лития,является температура держателя подложки. Можно ожидать, что изменениетемпературы подложкодержателя, и, следовательно, температуры пластиныниобата лития, будет влиять на ускорение химической составляющей процессатравления, которая может играть ключевую роль в повышении эффективностипроцесса травления. Условия проведения экспериментов по изучению влияниятемпературы на скорость травления приведены в таблице 5.5.
Длительностьэкспериментов составляла 10 минут.Таблица 5.5. Значения технологических параметров в экспериментах, направленных наопределение зависимости скорости травления LiNbO3 от температуры подлокжодержателяW, ВтT, КUсм, ВP, Паh, смQ, %Результаты700373-500.75525экспериментов,700423-500.75525700473-500.75525700523-500.75525направленныхна700598-500.75525изучениезависимостискорости травления от величины температуры подложкодержателя, представленына рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
