Введение к работе
Актуальность темы. Прецизионное формирование элементов микро-гльефа (ЭМ) с высоким разрешением и заданными свойствами поверхности вляется в технологии микроэлектроники одной из ведущих проблем. Ее ре-іение связано с использованием травления в низкотемпературной газораз-вдной плазме (НГП), решающее достоинство которого заключается в воз-ожности проведения анизотропного процесса при минимальном подтраве. В ззвитие этого направления большой вклад внесли отечественные ученые 'ваковский Г.Ф., Киреев В.Ю., Неустроев С.А., Орликовский А.А., Светцов .И., Словецкий Д.И. и др. В полупроводниковой электронике микроэлек-эонные устройства (МЭУ) на GaAs составляют основу радиоэлектронной апаратури СВЧ и оптического диапазона. Принципиальные достоинства GaAs огут быть более полно использованы в структурах с субмикронными ЭМ. ля этого необходима соответствующая технология травления, обеспепи-«ощая возможности травления канавок для заглубления затвора полевого эанзистора, изолирующих меза-структур и сквозных отверстий под зазем-тющие контакты в монолитных интегральных схемах.
Анализ литературных данных о скорости и качестве травления GaAs в ГП показывает, что они существенно отличны, есть неясности и противоре-ия в интерпретации результатов. Это можно объяснить многообразием меха-измов травления в НГП, протеканием параллельных конкурирующих про-хсов, использованием разнообразных плазмообразующих газовых смесей, шянием неконтролируемых добавок и многоканалыюстью плазмохимиче-їих гетерогенных реакций. Большинство результатов по травлению в хими-гски активной НГП получены для хлорсодержащих плазмообразующих га-)в, отрицательно сказывающихся на озоновом слое Земли. Существующим апологическим методам травления GaAs в НГП присущи либо относительно евысокая скорость обработки, либо низкое качество травления.
Дальнейший прогресс в решении проблемы прецизионного травлен GaAs в НГП, в соответствии с выработанной позицией автора, возможен п переходе на новую методологическую основу. Она включает использован магнетронного разряда (MP), физические особенности которого раскрыва новые технологические возможности. Кроме этого применение новых пл мообразующих газовых смесей, несодержащих или содержащих минималы количество хлора, что существенно влияет на экологичность производс МЭУ на GaAs. Переход технологических возможностей в субмикронный д пазон делает актуальной задачу измерения формируемых ЭМ, при этом у: личение разрешающей способности измерений позволит уменьшить веро ность отбраковывания годных изделий.
Целью диссертационной работы является разработка физико-техно. гических основ травления GaAs в химически активной НГП MP при форми; вании заданного микрорельефа.
Задачи исследований. Для достижения цели в работе необходимо:
установить закономерности влияние физико-технологических фак ров на скорость обработки и качество получаемой поверхности GaAs в MP;
определить оптимальные режимы, обеспечивающие формировш локальных углублений в легированных слоях и глубинное травление;
разработать эффективные методы контроля для использования в с теме управления процессом травления в НГП GaAs и измерения геометри ских параметров формируемых ЭМ;
усовершенствовать технологическое оборудование для проведеї травления с высокой производительностью и качеством.
Научная новизна. К новым результатам, полученным в диссертаци ной работе, относятся:
- установленные закономерности влияния физико-технологичео
параметров на скорость и качество обработки GaAs химически активным
энергетическими частицами, генерируемыми в MP с использованием хлор- и водородсодержащих плазмообразутощкх газов;
обнаруженный эффект и предложенное теоретическое объяснение аномального увеличения скорости травления GaAs в присутствии А/и при ПХТ в хлорсодержащей плазме;
предложенную математическую модель, описывающую процесс травления в НГП и позволяющую оценить коэффициент взаимодействия частиц ответственных за травление с обрабатываемой поверхностью;
закономерности образование на боковых поверхностях профиля травления пассивирующих пленок и экспериментально.определенные свойства этих пленок в зависимости от состава плазмы и параметров разряда;
полученное аналитическое выражение зависимости интенсивности дифрагировавшего излучения от параметров поперечного сечения трапециевидного профиля ЭМ и порядка дифракции, позволяющее увеличить точность измерения их геометрических размеров.
Практическая значимость заключается в разработанных технологических методах обработки GaAs в НГП, обеспечивающих повышение качества и производительности процесса травления. Предложенные, на основе результатов исследований, технические решения позволяют: проводить травление с коэффициентом анизотропии 17*19 и профилем травления не зависящим от кристаллографического направления на глубину до 300 мкм; травить сквозные отверстия со скоростью в 2,5*3 раза выше но сравнению с известными, без ухудшения качества поверхности; формировать лок&тьные углубления под затвором Шоттки полевого транзистора (ГОШ) без дополнительного отжига и/или стравливания нарушенного слоя с использованием жидкостного химического травления (ЖХТ), при использовании алюминиевого затвора обработка позволяет получить высоту барьера Шоттки 0,9*0,95 эВ. Разработанные технологическое оборудование и способы обработки решают задачу ис-
пользования маски минимальной толщины и ее гарантированного сохранения до конца травления при применении в системе управления эмиссионно-спектрального контроля (ЭСК); обеспечивают увеличение процента выхода годных на 12-4-15%, за счет обеспечения стабилизированного теплового контакта подложки с подложкодержателем; позволяют формировать травлением субмикронные ЭМ с предельной абсолютной погрешностью измерения геометрических размеров не более 0,02 мкм на основе использования дифракто-метрического метода.
В работе установлены и выносятся на защиту:
-
Методологические основы решения проблемы формирования заданного микрорельефа на поверхности GaAs травлением в химически активной НГП MP и созданные на этой базе методы обработки, включающие травление локальных углублений под затвором ПТШ, изолирующих меза-структур и сквозные отверстий.
-
Закономерности взаимодействия GaAs с химически активными и энергетическими частицами, генерируемыми в MP с использованием хлор- и водородсодержащих плазмообразующих газов и газовых смесей.
-
Закономерности образования на боковых поверхностях профиля травления пассивирующих пленок и экспериментально определенные свойства этих пленок в зависимости от состава НГП и параметров разряда.
-
Эффект аномального увеличения скорости травления GaAs в присутствии марганца, интервалы технологических параметров в которых наблюдается обнаруженный эффект и предложенное теоретическое объяснение аномального увеличения скорости травления GaAs в присутствии Мп при ПХТ в хлорсодержащей плазме.
-
Предложенные модели, описывающие травление в НГП.
-
Разработанные методы травления с использованием ЭСК процесса травления, обеспечивающие возможность получения заданного коэффициента анизотропии и максимальной селективности травления материала подложки
относительно материала контактной маски.
-
Модифицированные конструкции реакторов магнетронного типа, позволяющие осуществлять процессы ПХТ и РИПТ в режимах с высокой степенью ионизации шіазмообразующего газа, плотностью мощности разряда до 25 Вт/см" и с минимальным рабочим давлением до 1 Па.
-
Способ обработки подложек повышаюощй процент выхода годных на 12+15 %, заключающийся в гарантированном обеспечении теплового контакта термостатированного подложкодержателя с подложкой.
-
Разработанный метод контроля и измерения размеров, основанный на эффекте дифракции лазерного излучения на ЭМ, протравленных в НГП. Получена абсолютная погрешность измерения геометрических размеров не более 0,02 мкм.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научно-технической конференции (НТК) "Технология микроэлектронных приборов н аппаратуры средств связи" (Львов, 1988), научно-техническом семинаре "Проблемы ионной имплаїггации и разработка импяантационных приборов" (Рота, 1988), Всесоюзной НТК "Автоматизация проектирования и производства радиоэлектронных устройств и средств управления" (Одесса, 1989), НТК "Перспективные направления в производстве ыикроэлектрошшх изделий" (Москва, 1991), Ш-м межрегиональном совещании "Тонкие пленки в электронике" (Ижевск, 1992), Российских НТК "Новые материалы и технологии машиностроения" (Москва, 1992, 1993, 1994, 1995, 1997, 1999), V-й, VI-й и VIII-іі Международных НТК "Тонкие пленки в электронике" (Йошкар-Ола, 1994, 1995; Харьков, 1997), VI-й и VII-й Международных НТК "Лазеры в науке, технике и медицине" (Москва, 1995; Сергеев-Посад, 1996), П-й Российской НТК "Высокие технологии в промышленности России" (Москва, 1997), П-й Всероссийской НТК "Электроника и информатика" (Зеленоград, 1997), Международной НТК "Оптика-99" (Санкт-Петербург, 1999).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 40 печатных работ. Основные результаты изложены в 10 статьях и защищены 5 авторскими свидетельствами.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введе
ния, шести глав, выводов по работе, заключения, списка литературы и прило
жения. Объем диссертации - страницы машинописного текста, Ь4 Ри~
сунка и-||2 таблиц. Список литературы включает названий.
Похожие диссертации на Физико-технологические основы травления арсенида галлия в низкотемпературной химически активной плазме магнетронного разряда при производстве изделий электронной техники
