Диссертация (1144206), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Вызвано это тем, что при этом длины свободного пробега ионовдостаточно велики и приводят к практически бесстолкновительному66ускорению ионов в электрическом поле в приэлектродном слое. Такимобразом, в случае реактивно-ионного травления поток ионов направленстрого перпендикулярно плоскости нагруженного электрода, где находитсяобразец, а энергия ионов не рассеивается при столкновении с нейтральнымичастицами.
Это, в свою очередь, приводит к получению анизотропногопрофиля травления образца. Более того, разряды при низких давлениях восновном лишены эффекта нормальной плотности тока [130].Adesida и соавторы первыми продемонстрировали RIE травлениеGaN в среде SiCl4 [134]. Скорости травления возрастали с ростом напряженияавтосмещения на подложке и составляли более 500 Å/min при автосмещениминус 400 V. Lin и соавторы получили похожие результаты для травленияGaN в плазме BCl3 и SiCl4, при этом скорость травления в газовом разрядеBCl3 составила 1050 Å/min при мощности, вложенной в ВЧЕ разряд, равной150 W [114]. Достаточно медленное травление GaN со скоростями, непревышающими 600 Å/min, было получено RIE методом в газовых средахHBr, CHF3 и CCl2F2 [114].
Необходимо заметить, что эти результатысопоставимысданнымипофизическомураспылениюаргоном,рассмотренному ранее. Наилучшие результаты по RIE травлению IIIнитридов были получены в плазме хлорсодержащих газовых сред привысокихнапряженияхавтосмещения(энергияхионов)позволяющихэффективно разрывать прочные III-N связи и эффективно удалять продуктытравления с поверхности. Поверхностная реакция при RIE травлении вхлорсодержащей газовой смеси может быть представлена следующимобразом:(s1) GaN(s) + ion(gas) → Ga*(s) + N*(s)Разрыв химической связи(s2) N*(s) + N*(s) → N2(g)Рекомбинация и десорбция N2(s3) Ga*(s) + xCl → GaClx(g)Хлорирование и десорбция галлияПо всей видимости, на первой стадии (s1) ион, бомбардирующийповерхность, разрывает химическую связь Ga-N, создавая при этом67возбужденные атомы Ga и N на поверхности.
Атомы азота собираются иудаляются в виде газа как показана в реакции (s2). Атом галлия не летуч идолжен быть хлорирован перед тем как покинуть поверхность. Летучиесоединения типа GaCl2 или GaCl3 формируются и удаляются под действиемионной бомбардировки.Ионная бомбардировка поверхности высокоэнергетичными ионамихлора является определяющей при травлении GaN в RIE режиме. Нообработка высокоэнергетичными ионами поверхности может приводить кповерхностным повреждением структурам и деградации характеристикприборов.Уменьшениеэнергииионовилиусилениехимическойсоставляющей в плазме для уменьшения повреждений приводит куменьшению скоростей травления и получению менее анизотропныхпрофилей, что негативно сказывается на возможности формированиясубмикронныхтопологий.ВЧЕRIEметодтравленияобладаетограниченными возможностями независимого контроля энергии ионов иплотности плазы (ионного потока).
В следующем разделе будут рассмотреныальтернативные методы и установки для травления III-N структур дляполучения высоких скоростей травления и низкого уровня повреждений засчет независимого контроля энергии и плотности потока ионов.2.9.3 Источники плотной плазмыДля получения высокой скорости травления (~1 mkm/min) приминимизированном количестве поверхностных повреждений по сравнению спривычным RIE процессом, рассмотренным ранее, были разработаныисточники высокой плотности плазмы. В их основе: плазмы электронциклотронного резонанса (ECR); индуктивно связанной плазмы (ICP);магнетронного реактивно-ионного травления (MRIE). Эти плазменныеисточники позволяют получать плотность плазмы более 5·10 11 cm-3, чтопревышает плотности плазмы, получаемые привычным RIE способом, на68два-три порядка [130, 131].
Это, свою очередь, приводит к росту скоростейтравления, за счет увеличения потока ионов и радикалов [135, 136].Магнетронное реактивно-ионное травление (MRIE) это источникплотной плазмы наиболее близкий к привычному RIE. При этом ВЧ разряднаходитсявовнешнемпостоянноммагнитномполе,направленномперпендикулярно ВЧ полю и току [130]. Локализуют магнитное полепреимущественно около нагруженного электрода (см. рисунок 29). Путемтакойорганизацииразрядаудаетсязначительноувеличитьстепеньионизации газа при меньшем ВЧ напряжении на электродах и снизитьэнергию ионов, бомбардирующих нагруженный электрод.
Магнитное полеудерживает электроны вблизи образца и минимизирует диффузию на стенкикамеры [130]. При этом данный процесс позволяет получать высокиеплотности плазмы при пониженном давлениях, около 1 mTorr, чтоспособствуетнаправленностипучкаионов,пронизывающихслойпрактически без единого столкновения. Таким образом, за счет болееэффективной ионизации удается получить более высокие плотности плазмыисоответственноскороститравленияприменьшихнапряженияхавтосмещения и меньших повреждениях в структурах, по сравнению, собычным RIE процессом.
Авторы [137] продемонстрировали травлениеструктур GaN MRIE методом. Ими была получена скорость травленияструктур GaN равная 3500 Å/min в газовой среде BCl3. При этом напряжениеавтосмещения на подложке было менее 100 V, что позволило получитьгладкую морфологию поверхности [137].69Рисунок 29: Схема магнетронного ВЧЕ разряда [130]Современныерешениядляплазменныхустановоктравленияпозволяют одновременно использовать источники высокой плотностиплазмы и независимый источник ВЧ мощности для управления энергиейионов, бомбардирующих нагруженный электрод с образцом, подверженнымтравлению.Рисунок 30: ECR-RIE ректор [133]На рисунке 30, расположенном выше, показана конфигурация ECRRIE [139, 130 – 131] установки травления. В ECR источниках при низкихдавленияхгазагенерируетсяразрядвысокойплотностиснизкимпотенциалом плазмы и низкими энергиями ионов, вылетающих из плазмы, засчет удержания электронов магнитным полем в области источника.
Образец70при этом находится ниже от источника для минимизации воздействияплазмы и уменьшения физической компоненты (распыления) при травлении.Высокая степень анизотропии профиля травления может быть полученапутем приложения ВЧ мощности на частоте 13.36 MHz, задающей величинунапряжения автосмещения на подложке при низких давлениях (<5 mTorr) дляминимизации рассеяния ионов, которое приводит к латеральному искажениюпрофиля травления. Pearton первым получил данные по травлению IIIнитридов ECR методом при низких давления в газовых разрядах CH4/H2/Ar,BCl3/Ar, Cl2 и Cl2/H2 [132].
Скорости травления материалов росли прямопропорционально напряжению автосмещения. Добавление водорода к хлоруприводило к увеличению скорости травления и более гладкой морфологиипри сохранении поверхностной стехиометрии за счет одинаковой скоростиудаления продуктов травления элементов III-группы и атомов азота споверхности. Скорости травления в плазме Cl2/H2 варьировались от 100 до400 Å/min при давлениив камере равном 1 mTorrи напряженииавтосмещения равном 150 V. Более низкие скорости травления (обычноменее 100 Å/min) наблюдались в газовых разрядах CH4/H2/Ar.
Большиенапряжения автосмещения были необходимы для инициирования процессатравления (возможно, это связано со спецификой химии CH4, склонной кполимеризации). Скорости травления также продолжали увеличиваться сростом плотности плазмы, стимулированной ростом мощности, вложенной вECR плазменный источник [141]. Авторами были получены скороститравления 1100 Å/min для AlN и 700 Å/min для GaN при напряженииавтосмещения равном 150 V в плазме Cl2/H2 и 350 Å/min для InN в плазмеCH4/H2/Ar при напряжении автосмещения равном 250 V. Поверхностьструктур оставалась стехиометрической, а профиль анизотропным вшироком диапазоне параметров плазменного процесса травления.
В рядеработ сообщалось [114, 139, 140, 142] о ECR-RIE травлении GaN со71скоростями 1.3 µm/min при напряжениях автосмещения не превышающих275 V.В последнее время широко распространёнными [135, 108, 143-146]источниками плазмы высокой плотности стали источники с индуктивносвязанной плазмой (ICP) (см. рис. 23 а)). Это связанно с их дешевизной ипростотой в исполнении по сравнению, например, с ECR источниками присхожих характеристиках травления. Плазма формируется ICP источником вкварцевой камере (цилиндре), которую овивает катушка индуктивности, покоторойподаетсяВЧмощностьипротекаетток.Также,вполупроводниковой технологии, как можно видеть на рисунке 31 б) ниже,распространена ICP антенна планарного трансформаторного типа (TCP).Электрическое поле, возбужденное катушками в горизонтальной плоскости,индуцирует сильное магнитное поле в вертикальной плоскости, замыкаяэлектроны в центре камеры и генерируя, тем самым, плазму высокойплотности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
