Диссертация (1143771), страница 17
Текст из файла (страница 17)
5.9. Видно, что полученная зависимость Vтр(T) имеет сложный характер,121однако, в целом, увеличение температуры дает существенный выигрыш вскорости травления.Кривая на рис. 5.9 условно может быть разделена на три участка всоответствии с поведением скорости травления. На первом участке (∼373–423 К)изменение температуры подложки на 50 градусов дает очень незначительноеувеличение скорости травления, Vтр возрастает лишь на 31 нм/мин. На второмучастке (∼423–523 K) термическая стимуляция процесса травления приводит кзаметному увеличению величины Vтр В этой области температур скоростьтравления возрастает практически линейно с температурой и разность Vтр(423) –Vтр(523) достигает 553 нм/мин.
При еще более высоких температурах подложки(третий участок, интервал 523–598 K) величина приращения скорости травлениякак функция температуры резко уменьшается, и увеличение температуры от 523до 598 К приводит к росту Vтр на ∼101 нм/мин. Максимальное значение скороститравления, достигнутоев экспериментах, направленныхна определениезависимости скорости травления LiNbO3 от температуры подложкодержателя,составило 812 нм/мин (T = 598 K).
Вероятно, такой сильный рост скороститравления ниобата лития связан с увеличением скорости протекания химическихреакций на поверхности обрабатываемого образца.Vтр, нм/мин10008006004002000350425T, К 500575Рис. 5.9. График зависимости скорости травления LiNbO3 от температуры подложкодержателя.122Как видно из микрофотографий краев областей травления (см. рис. 5.10(а)), сповышением температуры возрастает изотропность травления, что убедительноподтверждает вывод об увеличении вклада химической составляющей в процессПХТ LiNbO3 при его термической стимуляции.а8.24 µmб2.84 µmРис.
5.10. Микрофотографии профилей окон травления монокристаллического ниобата лития:а – T = 598 К, б – T = 473 К.Другим важным параметром, существенно влияющим на скорость процессаплазмохимического травления LiNbO3 [58, 103], является процентное содержаниекислорода, добавляемого к основному газу. Технологические параметрыэкспериментов, направленных на определение зависимости скорости травленияLiNbO3 от QO2, представлены в таблице 5.6, а кривая зависимости Vтр(QO2)показана на рис.
5.11.Таблица 5.6. Значения технологических параметров в экспериментах, направленных наопределение зависимости скорости травления LiNbO3 от процентного содержания кислорода вгазовой смесиW, ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %700-500.75515700-500.75520700-500.75525700-500.75530700-500.75535123Vтр, нм/мин1059585756555451020 Q , % 30O240Рис. 5.11.
Зависимость скорости травления LiNbO3 от процентного содержания кислорода вобщей газовой смеси ([QO2/(QO2 + QSF6)]⋅100%).Из полученных данных следует (рис. 5.11), что увеличение процентногосодержания кислорода с 15 до 25 % повышает скорость травления на 20 %, и Vтрдостигает максимального значения (102 нм/мин). Рост скорости травления,вероятнее всего, обусловлен увеличением концентрации радикалов F* в разряде, атакже возможным ускорением химических реакций, в ходе которых образуютсякислородосодержащие летучие химические соединения (NbOF3, OF2) [103, 127].Однако при дальнейшем увеличении концентрации О2, вероятнее всего,происходит существенное разбавление газа-травителя [2, 3], что приводит кснижению концентрации химически активных частиц плазмы и, как следствие, кснижению скорости травления более чем на 40%.Значительную роль химической составляющей в процессе ПХТ LiNbO3подтверждают и результаты экспериментов, направленных на определениехарактера зависимости скорости травления ниобата лития от ВЧ мощностиисточника индуктивно связанной плазмы.
Технологические параметры этихэкспериментов указаны в таблице 5.7.Таблица 5.7. Значение технологических параметров в экспериментах по изучению зависимостискорости травления LiNbO3 от мощности ВЧ источника индуктивно связанной плазмыW, ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %500-500.75525550-500.75525600-500.75525650-500.75525700-500.75525124110Vтр, нм/мин1009080706050450550W, Вт650750Рис.
5.12. График зависимости скорости травления LiNbO3 от мощности ВЧ источника.Как видно из результатов, показанных на рис. 5.12, с ростом поглощаемойВЧ мощности скорость травления монокристаллического ниобата лития растет позакону, близкому к линейному. Такой характер зависимости, вероятно, связан стем, что при увеличении поглощаемой ВЧ мощности растет интенсивностьнеупругих столкновений с электронами, за счет чего увеличивается концентрацияХАЧ.Дляподтвержденияданногопредположениябылапроведенадополнительная серия специальных экспериментов при длительности травления140 минут.
Травление проводилось в два этапа: длительность процесса на первомэтапе составляла 90 минут, после чего проводилось удаление слоя LiF. Затем(второй этап) образцы обрабатывались еще 50 минут, после чего сноваподвергались очистке от LiF. Для первой серии экспериментов W = 700 Вт, длявторой W = 500 Вт, остальные технологические параметры были зафиксированы иимели такие же значения, как и в предыдущих экспериментах (см. таблицу 5.7).Как видно из представленных на рис.
5.13 микрофотографий, при значенииВЧ мощности 700 Вт наблюдается «завал» боковой стенки: угол наклонасоставляет порядка 80°. При W = 500 Вт данный эффект отсутствует. Такимобразом,результатыпроведенныхэкспериментовпозволилиподтвердитьгипотезу об увеличении вклада химической составляющей с ростом ВЧ мощностиисточника.125бa12.48 µm7,32 µm90 ̊80 ̊5 µm2 µmРис. 5.13. Микрофотографии профилей окон травления монокристаллического ниобата лития:а – W = 700 Вт, б – W = 500 Вт.Проанализировав полученные результаты, можно сделать вывод, чтоплазмохимическое травление монокристаллического ниоабата лития происходиткак благодаря химическим реакциям, так и ионному распылению подложки.Однако стоит отметить, что при температуре до ≈ 473 К наибольший вклад имеетфизическая составляющая процесса, о чем свидетельствует сильная зависимостьскорости травления LiNbO3 от напряжения смещения – скорость растетпропорционально увеличению напряжения смещения практически в 2.5 раза исоставляет порядка 250 нм/мин (рис.
5.6). Дальнейшее увеличение температурыприводит к тому, что наибольший вклад в ПХТ монокристаллического ниобаталитиявноситсвидетельствуетхимическаязависимостьсоставляющаяVтр(T)ипроцесса,характерочемвлиянияубедительнотемпературыподложкодержателя на профиль травления (см. рис. 5.10).5.3Разработка основ процесса глубокого скоростного плазмохимическоготравления LiNbO3Для разработки процесса глубокого направленного высокоскоростногоплазмохимического травления монокристаллического ниобата лития необходимознать не только физико-химические закономерности процесса, но и также иметьинформацию о степени влияния технологических параметров на скоростьтравления, чтобы обеспечить его наибольшую эффективность.126Дляпланированияэкспериментовпооценкестепенивлияниятехнологических параметров на скорость травления использовался матричныйметод Тагучи [151].
Температура подложки была зафиксирована на значении598 К, при котором достигалась наибольшая скорость травления. Следующиетехнологические параметры были выбраны в качестве факторов:•напряжение смещения, подаваемого на подложкодержатель (Uсм);•значение ВЧ мощности, поглощаемой в разряде (W);•давление в реакторе (P);•положение подложкодержателя относительно разрядной камеры (h).Таблица 5.8.
Значения технологических параметров в экспериментах, спланированных спомощью метода Тагучи№эксперимента№ опытаP, ПаW, ВтU, Вh, см10.75500-505I20.75500-50530.75500-50540.75600-7510II50.75600-751060.75600-751070.75700-10015III80.75700-1001590.75700-10015101.50500-7515IV111.50500-7515121.50500-7515131.50600-1005V141.50600-1005151.50600-1005161.50700-5010VI171.50700-5010181.50700-5010192.25500-10010VII202.25500-10010212.25500-10010222.25600-5015VIII232.25600-5015242.25600-5015252.25700-755IX262.25700-755272.25700-755Погрешность определения скорости травления не превышала ±2.5%Vтр,нм/мин423409436478459467529547538375361357582593574493478485429441445374385391627638634Vтр. ср,нм/мин423468538364583485438383633127Вышеуказанные факторы фиксировались на трех уровнях значений: P = 0.75Па, 1.5 Па и -2.25 Па, W = 500 Вт, 600 Вт и 700 Вт, Uсм = -50 В, -75 В, и -100 В, h =5 см, 10 см и 15 см.
План, включающий 9 экспериментов, каждый из которыхсостоял из трех опытов, представлен в таблице 5.8. Расход SF6/O2 и времятравления во всех опытах были фиксированы и составляли 10.15/3.45 мл/мин и 30минут, соответственно. После процесса ПХТ образцы обрабатывались в 40%плавиковой кислоте в течение 30 секунд для удаления LiF. По результатамэкспериментов было произведено ранжирование параметров по принципунаибольшего влияния на скорость травления монокристаллического ниобаталития с помощью программного обеспечения Minitab 17.Усредненные значения скоростей травления (см. таблицу 5.8) былииспользованы для ранжирования технологических параметров по степенизначимости их влияния на скорость травления LiNbO3 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
