Диссертация (1143771), страница 18
Текст из файла (страница 18)
5.14).PUhWРис. 5.14. Гистограмма распределения технологических параметров по степени их влияния наскорость травления монокристаллического ниобата лития.Как видно из рис. 5.14, наибольший вклад в увеличение скороститравления LiNbO3 вносит мощность ВЧ источника индуктивно связанной плазмы.Максимальнаяскоростьтравленияниобаталитиябыладостигнутавэксперименте IX (опыты 25-27), где значение скорости составило 633 нм/мин.Вторым, третьим и четвертым по значимости факторами, влияющими на скорость128травлениямонокристаллическогониобаталития,являютсярасстояниеподложкодержателя относительно нижнего края разрядной камеры, напряжениесмещения и давление в реакторе, соответственно.
Вышеуказанные параметры вбольшей степени влияют на физическую составляющую процесса, что такжеподтверждают вывод о том, что при термостимулированном процессе ПХТLiNbO3 наибольший вклад вносит химическая составляющая процесса визучаемом диапазоне технологических параметров.Длясозданияэффективноговысокопроизводительногоплазмохимического травления ниобата литияпроцессанедостаточно достижения лишьвысоких скоростей травления, так как важными характеристиками процессаявляются направленность травления и качество получаемой структуры. В связи сэтимбыла проведена серия экспериментов пообеспечивающейминимизациюопределению газовой смеси,шероховатостиповерхностиполучаемойструктуры.
Технологические параметры экспериментов отражены в таблице 5.9.С целью увеличения направленности травления значение температурыбылоуменьшено до 523 К, а напряжения смещения увеличено до - 80 В.Таблица 5.9. Технологические параметры экспериментов, направленных на определениеоптимальной газовой смеси с точки зрения минимизации шероховатостиW, Вт700T, К523Uсм, В-80P, Па0.75h, см5QO2/Ar, %25На рис.
5.15, приведены микрофотографии, иллюстрирующие результатытравления ниобата лития в смесях SF6/O2 и SF6/Ar. Согласно данным атомносиловой микроскопии величина среднеквадратичной шероховатости поверхноститравления в смеси SF6/Ar превышает практически в 4 раза аналогичное значениепри травлении LiNbO3 в смеси SF6/O2 (Rms(SF6/Ar) = 119.37 нм, Rms(SF6/O2) = 30.52нм).Такимобразом,полученныерезультатыдемонстрируют,чтотермостимулированное травление в смеси SF6/O2 обеспечивает более высокоекачество поверхности травления по сравнению с травлением в смеси SF6/Ar.129Рис. 5.15.
Микрофотографии окон травления в монокристаллическом LiNbO3, (a) – травление вSF6/O2, (b) – травление в SF6/Ar, (c) – результаты АСМ после травления в SF6/O2,(d) – результаты АСМ после травления в SF6/Ar.На основе анализа совокупности полученных экспериментальных данныхбылапроведенасерияконтрольныхэкспериментовпоглубокомувысокоскоростному направленному плазмохимическому травлению подложек измонокристаллического ниобата лития.В качестве образцов для травления вконтрольных экспериментах использовался ниобат лития XY-128° срезатолщиной 370 мкм с металлической маской из Cr-Cu-Ni пленки толщиной 7 мкм слинейными размерами окон 3×10 мм и с металлической маской из Cr-Cu-Crпленки толщиной 10 мкм с щелевой структурой 0.155×6 мм и 0.075×4.5 мм(рис.
5.16).Результаты контрольных экспериментов для монокристаллического ниобаталития c щелевой структурой представлены на рис. 5.17. Как видно изпредставленных на рисунке микрофотографий, при травлении в течение 30 минут,скорость травления составила ≈ 497 нм/мин, что более чем на 200 нм/мин меньше,130abРис. 5.16. Фотография образцов монокристаллического ниобата лития с линейными размерамиокна травления 3×10 мм (a) и 0.160×6 мм, 0.075×4.5 мм (b).ab15.77 µm14.06 µm95 ̊92 ̊75 µm160 µmcd113.7 µm78 ̊160 µmРис.
5.17. Микрофотографии окон травления в монокристаллическом LiNbO3, время травления30 минут (a, b, c), время травления 270 минут (d).131чем в экспериментах поопределению характеравлияниятемпературыподложкодержателя (T = 598 K) на скорость травления. Наиболее вероятно,уменьшение скорости связано с "апертурным" эффектом, а также с увеличеннойдлительностью процесса травления, из-за чего образуется более толстый слой LiF,который замедляет процесс травления.
Угол наклона боковой стенки областитравления лежит в диапазоне от 92 до 95 градусов. Селективность травленияLiNbO3 относительно материала маски была порядка 78 (рис. 5.18). Времятравления на глубину 113.7 мкм (рис. 5.17(d)) составило 270 минут, однако,учитывая рост толщины LiF во время процесса, было решено обрабатыватьобразец в 40% плавиковой кислоте в течение 30 секунд каждые 90 минут. Каквидно из рис. 5.17(d, с), с увеличением глубины области травления имеет местоуменьшение направленности травления, приводящей к отклонению боковойстенки профиля травления от вертикали.
В частности, на указанной вышефотографии угол наклона боковой стенки составил порядка 78 градусов, причемследует отметить и снижение скорости травления на 76 нм/мин относительнопредыдущего контрольного эксперимента (рис. 5.14 (a, b, c)). Данный эффект,вероятно, обусловлен ухудшением условий доставки реакционных частиц дообрабатываемой поверхности и отвода продуктов реакции из реакционнойобласти [173].8.54 µmРис.
5.18. Микрофотография остаточной толщины маски после процесса плазмохимическоготравления LiNbO3 (tтр = 270 мин).132Результаты экспериментов ПХТ монокристаллического ниобата лития слинейными размерами окон для травления 3×10 мм представлены на рис. 5.19(время травления составляло 60 минут).33.20 µm≈5.34 µm110 ̊Рис. 5.19. Микрофотография окна травления в монокристаллическом LiNbO3 с линейнымиразмерами окна травления 3×10 мм.В проведенном процессе были достигнуты скорости травления более 550нм/мин.
Селективность травления LiNbO3 по отношению к материалу маскисоставила порядка 20, а угол наклона боковой стенки около 110 градусов.Отклонение угла наклона стенок от вертикали (см. рис. 5.17(d) и 5.19) в обоихслучаяхсвязаностем,чтоименнохимическаясоставляющаяПХТмонокристаллического ниобата лития вносит наибольший вклад в процесс.Сравнивая полученные результаты с литературными данными необходимоотметить, что в подавляющем большинстве работ, направленных на созданиерельефа на поверхности подложек LiNbO3 при ВЧ мощностях источникаиндуктивно-связанной плазмы до 1000 Вт скорости травления лежат в диапазонеот 50 до 150 нм/мин [111, 112, 122, 123]. Дальнейшее повышение скороститравления до 350 нм/мин достигалось за счет увеличения ВЧ мощности,подводимой в разряд плазмы до 2000 Вт [124, 125].
Типичные глубины областейтравления,достигаемыеприплазмохимическомтравлениивИСП133монокристаллического ниобата лития лежат в диапазоне от 500 нм до 10 мкм[110, 124–126, 132–134, 135, 136]. Как показывают полученные результаты, засчет термоактивации процесса ПХТ ниобата лития удается достигнуть скоростейтравления порядка 0.5 мкм/мин для глубин травления около 15 мкм, примощности ВЧ источника 700 Вт и напряжении смещения -80 В, при этом уголнаклона стенки области травления составлял 92–95°, а селективность травленияниобата лития по отношению к маске из Cr – около 78.
Кроме того,продемонстрирована принципиальная возможность получения глубоких структур(> 110 мкм) на подложках ниобата лития со скоростями травления около 0.4мкм/мин.134ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.Разработан и создан прототип промышленной универсальной установкиплазмохимического травления различных материалов электронной техники систочникомвысокоплотной(~1012см-3)индуктивносвязаннойплазмы,обеспечивающей независимую регулировку энергии и плотности потока ионов,поступающих к поверхности обрабатываемого материала, а также возможностьподдержания температуры подложки в диапазоне от 20 до 400 °C.2.Выявлены основные физико-химические закономерности процесса ПХТSiO2. Экспериментально установлено, что травление SiO2, происходит какблагодаря химическим реакциям, так и ионному распылению подложки, причемфизическая составляющая процесса играет большую роль при температурахвплоть до 448 К. Дальнейшее увеличение температуры приводит к увеличениюроли химической составляющей процесса.
На основе полученных результатовразработана технология глубокого высокоскоростного направленного ПХТ SiO2,при ВЧ мощности ИСП менее 1000 Вт, позволяющая достигнуть скороститравления в диапазоне 1.1-1.7 мкм/мин и получать структуры с различнымзначением аспектного отношения.3.Экспериментальные результаты по определению характера и степенивлияния основных технологических параметров ПХТ на скорость травления SiC,позволили установить физико-химические закономерности процесса травления.Показано, что при термостимулированном ПХТ SiC, вклад химической ифизической составляющей процесса равнозначен.
На основе полученныхрезультатов разработана технология глубокого высокоскоростного направленногоПХТ SiC с использованием ВЧ источника индуктивно связанной плазмы малоймощности (1000 Вт), позволяющая достичь скоростей травления более 1 мкм/мин.Данная технология внедрена на одном из ведущих предприятий отрасли – АО«Светлана-Электронприбор». Разработан новый метод полировки подложек SiC,основанный на использовании термической стимуляции процесса ПХТ.1354.Установлены основные физико-химические закономерности процесса ПХТLiNbO3. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при температуреподложки до ≈ 473 Кнаибольший вклад в травление вносит физическаясоставляющая процесса. Дальнейшее увеличение температуры приводит кусилению роли химической составляющей процесса.
На основе данных о влияниитехнологических параметров на скорость травления LiNbO3, разработанатехнология глубокого высокоскоростного направленного ПХТ, обеспечивающаяVтр порядка 500 нм/мин с углом наклона стенки профиля травления 92–95°.Впервые продемонстрирована принципиальная возможность получения структурглубиной более 100 мкм в LiNbO3, с помощью термостимулированного ПХТ.136СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.Doering, R. Handbook of semiconductor manufacturing technology / R. Doering, Y. Nishi. –CRC Press, 2007.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
