ОПТЛР3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МНЭ

отчет

по лабораторной работе №3

по дисциплине «Основы планарной технологии»

Тема: Реактивное ионно-плазменное травление карбида кремния

Студенты гр.1205 __________________ Дюкарев Д.А.

__________________ Атуев И.З.

__________________ Новицкий А.Н.

Преподаватель __________________ Мазинг Д.С.

Санкт-Петербург

2024

1. Сущность метода реактивного ионно-плазменного травления полупроводниковых материалов

В настоящее время используется метод низкотемпературного, так называемого “сухого”, травления в плазме галогеносодержащих газов. Процессы “сухого” травления SiC и других кремний содержащих материалов микроэлектроники основываются на взаимном воздействии ионной бомбардировки и химических реакций на поверхности подложки.

Ионная бомбардировка аморфизирует поверхность, разрушая или ослабляя химические связи между атомами материала подложки. Химически активные частицы (атомы, ионы, радикалы) генерируются в плазме за счет соударений нейтральных молекул газа с высокоэнергетическими электронами. Атомы и радикалы галогенов (F, Cl, Br т.д.) насыщают разорванные связи. Травление материала подложки возможно при условии, что в результате химических реакций на поверхности образуются летучие соединения, которые в процессе травления постоянно удаляются откачной системой.

- Реактивное ионно-плазменное травление – РИПТ (вклад физического распыления значителен, однако суммарное воздействие ионной бомбардировки и химических реакций является неаддитивным, т.е. превышает простое сложение обоих процессов).

В качестве рабочих газов при РИПТ, как правило, используют хладоны CF4, CHF3, SF6, NF3, а также их смеси с кислородом, азотом, водородом и инертными газами. В лабораторной работе приводится исследование РИПТ SiC в хладоне SF6. Особенность метода РИПТ в том, что процесс травления является ионновозбуждаемым, поскольку радикалы SFn (nи ионы SFn способны реагировать с поверхностью подложки наряду с атомами (в отличие от ионов инертных газов). Простейшую схему процессов, протекающих в плазме и на поверхности подложки, можно охарактеризовать системой уравнений:

1. SF₆ + e^  SF_6-nⁿ⁺ + nF + e^, n = 0...6;

2. Si + 4F  SiF₄;

3. Si + SF₄²⁺  SiF₄ + S;

(4) C + 4F CF₄.

2. Сущность метода интерферометрического контроля глубины и скорости травления

Для обеспечения текущего контроля глубины и скорости травления в лабораторной работе используется интерферометрический метод измерения коэффициента отражения зондирующего излучения от поверхности обрабатываемой пластины. На рис. 1. приведены временные диаграммы изменения коэффициента отражения R для двух видов обрабатываемых структур. Первый случай (рис. 1а) соответствует травлению монокристаллической подложки SiC через алюминиевую маску в виде регулярной структуры дифракционной решетки с шагом 5-20 мкм. Отраженное от поверхности такой решетки монохроматическое излучение (мкм) будет содержать наряду с повышенным фоном излучения дифрагирующую волну, создающую в определенных точках поля наблюдения максимумы интенсивности. Если в обрабатываемом изделии материал пленки, образующей микроструктуру, не подвержен травлению (Al не травится во фторсодержащей плазме), то, наблюдая изменение интенсивности в нулевом рефлексе (или в любом другом) при травлении материала подложки, можно получить информацию об изменении глубины рельефа. В данном случае изменение интенсивности отраженного излучения будет обусловлено интерференцией когерентных электромагнитных волн, отраженных от поверхности маски и поверхности подложки, незащищенной Al. Закон изменения интенсивности при травлении материала подложки будет соответствовать выражению:

7. I_c = A + Bcos(),

где А и В - константы, а  - фазовый сдвиг (функция обратно пропорциональная глубине протравленного рельефа).

При этом экстремумы интенсивности отраженного излучения наблюдаются каждый раз при изменении глубины травления на величину, равную:

8. .

Рис. 1.Временные диаграммы изменения коэффициента отражения R:

а) при травлении монокристаллической подложки SiC через сформированную на ее поверхности алюминиевую маску в виде регулярной микроструктуры;

b) при травлении оптически прозрачной (полупрозрачной) пленки (n₁) на подложке (n₂n₁).

3. Ход зависимостей скоростей травления SiC от давления рабочего газа и мощности ВЧ-разряда

Скорость травления SiC зависит от давления рабочего газа и мощности ВЧ-разряда. При увеличении мощности разряда возрастает плотность плазмы, что ускоряет ионную бомбардировку и химические реакции, увеличивая скорость травления. Давление газа влияет на концентрацию активных частиц в плазме: при оптимальных значениях давления образуется достаточное количество радикалов и ионов, способных эффективно взаимодействовать с поверхностью SiC.