Диссертация (1143771), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Для рассматриваемого примера, которыйсодержит четыре варьируемых фактора с тремя уровнями для каждого из них,результатом таких вычислений будет 12 значений средней величины отношения«сигнал/шум» (по три для каждого фактора). Например, для фактора А2, средниезначения для уровней 1, 2 и 3 вычисляются по формулам (выбор необходимыхзначений SNi из таблицы 2.2 проиллюстрирован цветовой гаммой):1 + 4 + 732 + 5 + 8=33 + 6 + 9=32,1 =2,22,3Затем, для каждого фактора рассчитывается разность ∆ = − (K =1, 2 или 3) и по величине ∆SN по принципу, чем больше разность, тем большеевлияние оказывает варьируемый параметр на выходную характеристику процесса,производится ранжирование факторов.612.4Методика исследования поверхностей травления подложекПосле процессов травления производился анализ полученных структур.Скорость травления вышеперечисленных материалов рассчитывалась, исходя изглубины профиля травления, достигаемой за определенное время.
В своюочередь, глубина профиля травления определялась по микрофотографиям,полученным с помощью растрового электронного микроскопа Supra 55VP фирмыCarlZeiss с точностью ±2.5 %. Кроме того, микрофотографии использовались длявизуальной оценки качества (шероховатости) поверхности травления.
Средняяквадратичная шероховатость (Rms) поверхности определялась по данным атомносиловой микроскопии с использованием зондового микроскопа Solver-Pro NTMDT.Принеобходимости,методомрентгеновскойфотоэлектроннойспектроскопии (РФЭС), проводился анализ состава поверхности травления послепроцесса ПХТ. Измерения выполнялись на многофункциональной установке«Нанофаб25»,синтегрированнымвнееаналитическимкомплексомфотоэлектронной спектроскопии фирмы SPECS (Германия).62ГЛАВА3.ИССЛЕДОВАНИЕФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХПРОЦЕССАПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГОЗАКОНОМЕРНОСТЕЙТРАВЛЕНИЯМОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГОКВАРЦАВГАЗОРАЗРЯДНОЙ ФТОРСОДЕРЖАЩЕЙ ПЛАЗМЕ3.1Определениегазовойсмеси,обеспечивающейплазмохимическоетравление монокристаллического кварца с наибольшими скоростямиЭффективность проведения процесса ПХТ во многом определяетсякорректностью выбора рабочего вещества-травителя: газа или смеси газов.Радикалыиионы,образующиесявплазмерабочихгазов,должнывзаимодействовать с обрабатываемым материалом с образованием летучих придостаточно низких температурах соединений, которые далее удаляются изреакционной камеры.
Образование нелетучих соединений в процессе ПХТ можетзначительно затормаживать травление или даже приводить к полной егоостановке.В основе плазмохимического травления кварца лежит протеканиехимических реакций взаимодействия между радикалами фтора и SiO2 (например,4F* + SiO2 → SiF4↑ + O2↑), в результате которых образуется летучее (притемпературах свыше 359 К [3, 70, 71]) соединение – четырехфтористый кремний имолекулярный кислород.Известно [4], что добавление в определенных количествах кислорода к SF6существенно повышает плотность атомов фтора в разряде, тем самым увеличиваяскорость травления.
Однако чрезмерное разбавление SF6 кислородом повлечет засобой уменьшение плотности атомов фтора в плазме. Таким образом,использование кислорода в разумных количествах может способствоватьувеличению скорости травления кварца за счет роста вклада химическойсоставляющей процесса ПХТ.Согласно результатам, представленным в работе [153], добавление аргонаулучшает направленность травления кварца, а также повышает качествообработанной поверхности, уменьшая количество дефектных структур на63поверхноститравления,микромаскированияилиформированиекоторыхнесовершенствомсвязаноскристаллическойэффектомструктурыобрабатываемого материала.
С другой стороны, введение аргона в травящуюсмесь при фиксированном суммарном расходе реакционной газовой смеси влечетза собой уменьшение плотности радикалов фтора в разряде и, следовательно,уменьшение химической составляющей процесса травления. В результате можноожидать падение скорости травления. Частично этот эффект может бытьскомпенсирован увеличением физической составляющей процесса за счет болееинтенсивной бомбардировки поверхности частицами с высокой энергией.Немонотонный характер зависимости скорости травления кварца в смесях SF6/Ar,CF4/Ar и CHF3/Ar как функции содержания Ar в смесях был продемонстрирован вработе [86] (см.
рис. 3.1).Рис. 3.1. Зависимость скорости травления монокристаллического кварца как функция потокааргона в газовой смеси [86].С целью установления оптимального типа газа-разбавителя, с точки зренияскорости травления, была проведена серия предварительных экспериментов.Значения технологических параметров, реализованных в этих экспериментах, атакже полученные значения скорости травления представлены в таблице 3.1.
Изтаблицы видно, что скорость травления в смеси SF6/O2 больше, чем в SF6/Ar,CF4/H2. Максимальная скорость травления в SF6/O2 составила 346 нм/мин(эксперимент № 2), тогда как для смеси SF6/Ar аналогичная величина составилалишь 285 нм/мин (эксперимент № 3) и 302 нм/мин для CF4/H2 (эксперимент № 5).64Это означает, что на данном оборудовании и в данном диапазоне изменениятехнологических параметров химическая составляющая процесса травленияпревалирует над физической составляющей.
Более того, как видно изсоотношения расходов SF6 и Ar, показанных в таблице 3.1, в нашихэкспериментах отношение [QAr/(QAr + QSF6)]⋅100% ≈ 41% и является близким к тойвеличине, при которой на рис. 3.1 наблюдается максимум скорости травления. Изтого же рисунка видно, что варьирование величиной расхода Ar вблизимаксимуманедаетсущественногоувеличенияскороститравления.Следовательно, имеются все основания считать, что использование смеси SF6/O2являетсяболееперспективнымдлярешениязадачиразработкивысокоэффективного процесса плазмохимического травления кварца.Таблица 3.1. Технологические параметры предварительных экспериментов по выбору газовойсмеси и полученные скорости травления№123456Расход газатравителя,мл/минРасход газаразбавителя,мл/минДавление вреакционнойкамере, ПаМощностьисточника,ВтНапряжениесмещения, В6 = 10.152 = 5.701.5750-75Средняяскоростьтравления,нм/мин3071.5750-753466 = 10.152 = 3.45 = 7.071.5750-752851.5750-752734 = 15.15 = 4.892 = 5.001.5750-703022 = 2.501.5750-702586 = 10.156 = 10.154 = 15.15На рис.
3.2(а) и (b), в качестве примера, приведены микрофотографиипрофилей травления, полученных в ходе экспериментов с газовыми смесямиSF6/O2 (а, эксперимент № 2), SF6/Ar (b, эксперимент № 3) и CF4/H2 (с, эксперимент№ 5). Микрофотографии сделаны под углом 45о, поэтому полученные значенияглубины травления необходимо разделить на √2/2 для определения значенийреальной глубины травления кварца.65Визуальнаяоценкакачествапротравленныхпрофилейтакжесвидетельствует в пользу перспективности использования смеси SF6/O2 притравлении монокристаллического кварца.aCr-Cu-NibCr-Cu-NiсCr-Cu-Ni6.010µm6.436µm6.328µm7.361µmSiO2SiO2SiO2Рис.
3.2. Микрофотографии кромки окна, протравленного в монокристаллическом кварце сиспользованием смеси SF6/O2 (а), SF6/Ar (b) и CF4/H2 (c).В результате проведенных предварительных экспериментов, направленныхна определение оптимальной газовой смеси с точки зрения скорости травлениямонокристаллического кварца, было установлено, что в исследованном диапазонетехнологическихпараметровприиспользованиигазовойсмесиSF6/O2достигаются не только относительно высокие значения скоростей травления(346 нм/мин), но и наиболее гладкая морфология поверхности травления ввытравливаемых локальных областях.3.2Исследованиевлиянияосновныхтехнологическихпараметровпроцесса травления на скорость травления кварцаЗначения технологических параметров в экспериментах по определениювлияния уровня ВЧ мощности (W), поглощаемой в разряде, на скорость процессаПХТ (Vтр) кварца представлены в таблице 3.2, а на рис.
3.3 показана зависимостьVтр(W). Из рисунка видно, что по мере увеличения ВЧ мощности скоростьтравления растет, причем практически линейно.66Таблица 3.2. Значения технологических параметров (W – ВЧ мощность, Uсм – напряжениесмещения, P – давление в камере, h – расстояние от столика до нижнего края разрядной камеры,Q = QO2/(QO2 + QSF6)) в экспериментах по определению зависимости скорости травления SiO2 всмеси SF6/O2 от подводимой ВЧ мощностиVтр, нм/минW,ВтUсм, ВP, Паh, смQ, %550-1500.75525600-1500.75525650-1500.75525700-1500.75525750-1500.75525490470450430410390370350500600700800W, ВтРис.
3.3. Зависимость скорости травления кварца от ВЧ мощности подводимой разряду плазмы.Как известно, скорость диссоциации молекул газа в электрическом разряде(а значит, и скорость генерации химически активных частиц в плазме)определяется частотой столкновений молекул с электронами и, допускаямаксвелловское распределение электронов по энергиям, может быть описанавыражением [9] = �8 г г ( )3 ⁄2�2λ� +� �− �(3.1).В этом выражении me – масса электрона, nг и ne – концентрация молекул газа иэлектронов, соответственно, Cг – постоянная, зависящая от рода газа, Te –температура электронного газа, λ� – средняя длина свободного пробегаэлектронов в газе и Ed – энергия диссоциации молекул газа. Величина подаваемойв разряд мощности определяет концентрацию и среднюю энергию электронов в67плазме, а следовательно существенно влияет на скорость образования химическиактивных частиц в плазме.
С увеличением поглощаемой мощности будет растичисло неупругих столкновений электронов с атомами или молекулами газовойсмеси, а значит, будет расти и число ХАЧ и ионов в плазме. Таким образом,принимая во внимание данные, представленные на рис. 3.3, можно предположить,что относительное количество ХАЧ в SF6/O2 плазме растет пропорциональноподводимой ВЧ мощности.График зависимости скорости травления от напряжения смещения,подаваемого на столик с образцом, показан на рис.
3.4. Видно, что при техзначениях технологических параметров, которые представлены в таблице 3.3,Vтр(Uсм) является монотонно возрастающей функцией абсолютной величинынапряжениясмещения.По-видимому,повышениескороститравлениясувеличением напряжения смещения обусловлено ростом вклада физическойсоставляющей процесса травления, заключающейся в ионном распыленииподложки за счет роста энергии ионов и улучшения направленности их движенияв направлении подложки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
