автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Физико-технологические основы травления арсенида галлия в низкотемпературной химически активной плазме магнетронного разряда при производстве изделий электронной техники

«Для служебного пользования» Экз. N -15

На правах рукописи УДК 621.315.592.002: 621.794 (043)

БЕНЕВОЛЕНСКИЙ Сергей Борисович

ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТРАВЛЕНИЯ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ПЛАЗМЕ МАГНЕТРОННОГО РАЗРЯДА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность: 05.27.01 «Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в "МАТИ" - Российском государственном tcxiioj ческом университете им. К.Э.Циолковского

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Неустроев С.А.,

доктор физико-математических наук, профессор Протасов Ю.С.,

доктор технических наук, профессор Черняев A.B.

Ведущее предприятие: Государственное унитарное предприятие НПП" Пульсар"

Защита диссертации состоится " апреля 2ооо г. £ часов на заседании Диссертационного Совета Д063.56.0: "МАТИ"-Российском государственном технологическом университет! К.Э.Циолковского (121552, Москва, ул. Оршанская, д.З, ауд.500а)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАТИ - Poi ского государственного технологического университета К.Э.Циолковского. Автореферат разослан " Q " МОРП7Р 2000 т Отзывы просим направлять в двух экземплярах, заверенных печг по адресу: 121552, Москва, ул. Оршанская, д.З, "МАТИ" - Российски сударственный технологический университет им. К.Э.Циолковского.

л, г: ; •

J ■' ■■ с . ■

Ученый секретарь ' ~ - *

' ' Диссертационного Совета доктор физико-математических наук, профессор ■■¡¡^¿^t' Е.В.Метелкин

//

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Прецизионное формирование элементов микро-ельефа (ЭМ) с высоким разрешением и заданными свойствами поверхности вляется в технологии микроэлектроники одной из ведущих проблем. Ее ре-гение связано с использованием травления в низкотемпературной газораз-ядной плазме (НГП), решающее достоинство которого заключается в воз-ожности проведения анизотропного процесса при минимальном подтраве. В азвитие этого направления большой вклад внесли отечественные ученые 'ваковский Г.Ф., Кирсев В.Ю., Неустроев С.А., Орликовский A.A., Светцов .И., Словецкий Д.И. и др. В полупроводниковой электронике микроэлек-эонные устройства (МЭУ) на GaAs составляют основу радиоэлектронной ап-аратуры СВЧ и оптического диапазона. Принципиальные достоинства GaAs oryr быть более полно использованы в структурах с субмикронными ЭМ. ля этого необходима соответствующая технология травления, обеспепи-зющая возможности травления канавок для заглубления затвора полевого эанзистора, изолирующих меза-структур и сквозных отверстий под зазем-пощие 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-ессов, использованием разнообразных плазмообразующих газовых смесей, таянием неконтролируемых добавок и многоканалыюстью плазмохимиче-шх гетерогенных реакций. Большинство результатов по травлению в хими-гски активной НГП получены для хлорсодержащих плазмообразующих га-)в, отрицательно сказывающихся на озоновом слое Земли. Существующим жнологическим методам травления GaAs в НГП присущи либо относительно евысокая скорость обработки, либо низкое качество травления.

1

Дальнейший прогресс в решении проблемы прецизионного травлен ОаЛз в НГП, в соответствии с выработашюй позицией автора, возможен п переходе на новую методологическую основу. Она включает использован магнетронного разряда (МР), 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 произвола МЭУ на Са/Ъ. 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 £?а/1у в химически активной НГП МР 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 С]аА$ в МР;

- 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 ОаАя и измерения геометри ских параметров формируемых ЭМ;

- усовершенствовать технологическое оборудование для проведе! 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 ОаА$ химически активным:

энергетическими частицами, генерируемыми в МР с использованием хлор- и водородсодержащих плазмообразутощкх газов;

- обнаруженный эффект и предложенное теоретическое объяснение аномального увеличения скорости травления Оси!„? в присутствии Мп 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 ОаА$ 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 локальные 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-

1

пользования маски минимальной толщины и ее гарантированного сохранения до конца травления при применении в системе управления эмиссионно-спектрального контроля (ЭСК); обеспечивают увеличите 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:

1. Методологические основы решения проблемы формирования заданного микрорельефа на поверхности СаАз травлением в химически активной НГП МР и созданные на этой базе методы обработай, включающие травление локальных углублений под затвором ПТШ, изолирующих меза-структур и сквозные отверстий.

2. Закономерности взаимодействия йаАв с химически активными и энергетическими частицами, генерируемыми в МР с использованием хлор- н водородсодержащих плазмообразующих газов и газовых смесей.

3. Закономерности образования на боковых поверхностях профиля травления пассивирующих пленок и экспериментально определенные свойства этих пленок в зависимости от состава НГП и параметров разряда.

4. Эффект аномального увеличения скорости травления СаАз в присутствии марганца, интервалы технологических параметров в которых наблюдается обнаруженный эффект и предложенное теоретическое объяснение аномального увеличения скорости травления ОаАз в присутствии Мп при ПХТ в хлорсодержащей плазме.

5. Предложенные модели, описывающие травление в НГП.

6. Разработанные методы травления с использованием ЭСК процесса травления, обеспечивающие возможность получения заданного коэффициента анизотропии и максимальной селективности травления материала подложки

относительно материала контактной маски.

7. Модифицированные конструкции реакторов магиетронного типа, позволяющие осуществлять процессы ПХТ и РИПТ в режимах с высокой степенью ионизации штазмообразугощего газа, плотностью мощности разряда до 25 Вт/см2 и с минимальным рабочим давлением до 1 Па.

8. Способ обработки подложек повышающий процент выхода годных на 12*15 %, заключающийся в гарантированном обеспечении теплового контакта термостатированного подложкодержателя с подложкой.

9. 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 имплантации и разработка имплантаннонных приборов" (Рота, 1988), Всесоюзной НТК "Автоматизация проектирования и производства радиоэлектронных устройств и средств управления" (Одесса, 1989), НТК "Перспективные направления в производстве микроэлектрошгах 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), У-й, У1-й и УЩ-й Международных НТК "Тонкие пленки в электронике" (Йошкар-Ола, 1994, 1995; Харьков, 1997), У1-й и УН-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 введения, шести глав, выводов по работе, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации - страницы машинописного текста, 64 рисунка и-Щ таблиц. Список литературы включает т названий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель и задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе представлен анатитический обзор отечественной и зарубежной печати, отражающий современное состояние технологии травления заданного микрорельефа при производстве МЭУ на СаЖ.

Из сравнения методов травления ОаАя видно, что травление в НГП имеет перед ЖХТ целый ряд преимуществ. Наиболее важным из них является большая разрешающая способность, объясняемая возможностью анизотропного травления.

Особенности МЭУ на СаЛз предъявляют к операциям травления специфические требования. При формировании канавки под затвором ПТШ кроме высокой разрешающей способности травления необходимо, чтобы обработка обеспечивала заданные электрофизические параметры активного слоя. Вытравливание изолирующих меза-структур не должно снижать удельного сопротивления полуизолирующего слоя и обеспечивать удобный для нанесения металлизации профиль травления. При формировании сквозных отверстий иод заземляющие контакты травление должно проходить с высокой селективностью травления материала подложки по отношению к материалу

маски, иметь высокий коэффициент анизотропии для плотной упаковки приборов на подложке, обеспечивать удобный для последующей металлизации профиль травления.

Применение процессов травления в НГП при производстве МЭУ на С?аЛ5 требует знаний закономерностей гетерогенных плазмохимических реакций и влияния технологических факторов на производительность и качество травления, а также свойства обработанной поверхности. Анализ литературных данных о травлении СаЛз в НГП показывает, что они существенно отличны между собой, есть неясности и противоречия в интерпретации результатов. Это можно объяснить многообразием механизмов травления в НГП, протеканием параллельных конкурирующих процессов, использованием разнообразных плазмообразующих газов, влиянием неконтролируемых добавок и многоканальностыо плазмохимических гетерогенных реакций.

Существующим методам травления СоЛя в НГП присущи либо относительно невысокая скорость обработки, либо низкое качество травления. В частности, известные способы формирования локально утоненного под затвором ПТШ слоем канала требуют проведения дополнительного отжига дефектов, привносимых в полупроводник при травлении в НГП, или удаления нарушенного слоя с использованием ЖХТ, При глубинном плазмохишгческом травлении (ПХТ) достигается скорость травления 5*8 мкм/мин, но наблюдается большой подтрав (отношение глубины травления к подтраву, не превышает 5) и зависимости профиля травления от кристаллографического направления, аналогичные получаемым при ЖХТ. Реактивное ионно-плазменное травление (РИПТ) обеспечивает, при определенных параметрах, профиль глубинного травления удобный для последующей металлизации и невысокий подтрав, однако скорость травления при этих режимах не превышает 1,5 мкм/мин, что делает процесс низкопроизводительным.

В главе проанализированы возможности существующего технологического оборудования и методов контроля, применяемых при травлении мате-

риалов в НГП. Показана перспективность использования магнетронных реакторов для проведения процессов РИПТ СаАх. Для диагностики НГП широко используется ЭСК, имеющий хорошо разработанную научную основу и простоту аппаратурной реализации, отличающийся сочетанием высокой информативности с отсутствием влияния на процессы, происходящие в плазме. Тенденции уменьшения размеров ЭМ привели к тому, что их характерные размеры достигли области субмикрошюго диапазона. Отставание метрологического обеспечения технологических процессов травления в НГП приводит к снижению процента выхода годных изделий в результате отбраковывания годных изделий из-за погрешностей измерений. На основании сравнения методов контроля и измерений показано, что методы, основанные на явлениях дифракции и интерференции, имеют целый ряд преимуществ. Основное из них - привязка к эталону длины, в качестве которого выступает длина волны зондирующего излучения, в каждом измерении. Благодаря своим высоким точностным и аналитическим возможностям, позволяющим расширить диапазон измеряемых величин до 0,01 мкм, эта методы могут быть взяты за основу для использования в системах управления процессами травления в НГП.

Таким образом, дальнейший прогресс в решении проблемы прецизионного травления ОаАз в НГП возможен при использовании МР и, следственно, необходимы знания механизма и кинетических закономерностей травления в нем. Необходимо применение новых плазмообразующих газовых смесей, не-содержащих или содержащих минимальное количество хлора. Переход технологических возможностей в субмикронный диапазон при реализации травления в МР делает актуальной задачу измерения формируемых ЭМ, при этом увеличение разрешающей способности измерений позволит уменьшить вероятность отбраковывания годных изделий.

Во второй главе изложены результаты разработки методологических основ решения проблемы травления прецизионного заданного микрорельефа на поверхности ОаАл с использованием химически активной НГП МР. Осо-

бенностыо травления СоЛз1 в НГП является наличие ряда одновременно протекающих и в значительной мере независящих друг от друга процессов. Реализуемое в химически активной НГП МР травление проходит в режиме ПХТ и РИПТ. Непосредственно удаление обрабатываемого материала при этом происходит за счет физического распыления и химического травления с образованием летучих соединений. При этом дня ОаА$ особенность составляющей физического распыления в том, что коэффициенты распыления мышьяка и галлия достаточно сильно различаются и составляют соответственно 1,39 и 0,93. Летучесть химических соединений Са в типичных для ПХТ и РИПТ условиях значительно ниже чем летучесть соединений Ая. Параллельно процессу травления в плазме проходит процесс осаждения - конкурирующий травлению процесс, снижающий скорость травления. Однако при этом возможно осаждение иигибитирующей пленки на боковой поверхности ЭМ и ее удаление с его дна за счет физического распыления. Такой режим усиливает решающее достоинство травления в НГП - анизотропию травления, под кото* рым принято понимать усиленное травление вглубь материала.

МР дает возможность проведения процессов травления при давлениях и напряжениях смещения меньших, чем в диодных реакторах. При пониженном рабочем давлении увеличивается длина свободного пробега травящих частиц, чем обеспечиваются предпосылки для травления с высоким коэффициентом анизотропии. Снижение напряжения смещения на подложке уменьшает де-фектообразование в обрабатываемом материале.

Преобразуя для случая СаАл известную упрощенную схему описания механизма химических реакций травления в НГП с образованием летучих соединений для материалов группы АПШУ в хлорсодержащей плазме получим:

СаЛ^поверх) + С1х(гаэоо6р) ~ хС1(поверх) >

воАя - хС1(пове-^СаС!^^ + АяСЬ^^,

СаС1г(адсорб) СаС1у(газ) И Л5С^{адсорб) АхС1т(газ)> 11

1

здесь первое выражение описывает стадию осаждения на обрабатываемой поверхности травящих частиц, второе - стадию образования летучих химических соединений, третье - стадию десорбции продуктов реакции.

В работе проведено моделирование влияния глубины травления Н, ширины окна в маске Ь и коэффициента взаимодействия травящей частицы с поверхностью обрабатываемого материала £ на профиль формируемого ЭМ. При этом под взаимодействием понимается как физическое распыление материала подложки, так и химические реакции между химически активными частицами плазмы и подложкой с образованием летучих соединений, приводящие к формированию углублений. Полученная система уравнений, описывающая профиль травления, если заданы начальная скорость травления вглубь материала У0, глубина травления II и ширина окна в маске Ь, представляет собой следующие выражения:

^ = у --т---= К, —М——-<к,

тг * V тг у

п I X • Я" о *

1 - г ' ' I2 Д, =ГГ!п(1 +-=—т)Ж,

2/Т I {Уя-Нл)г

%

п = у Г 1п(1 +----^.

4

На рис.1 показана зависимость максимальной скорости подтравливания от £ Рост с увеличением ^ от 0 до 0,5 и затем падение можно объяснить тем, что сначала число отразившихся частиц уменьшается и прореагировавших с поверхностью подложки растет. При £ равном 0,5 устанавливается определенное равновесие, когда половина активных частиц еще отлетает, а другая половина уже реагирует. Поэтому для увеличения Уу и уменьшения Ух необходимы условия процесса, когда £ превышает 0,5. При увеличении Н ско-

рость подгравливания снижается, т.к. с ростом Я все меньшее количество частиц попадает на боковую поверхность из-за постоянного уменьшения угла отражения. Резкая зависимость анизотропии травления от £ представлена на рис.2. При увеличении £от 0,10 до 0,75 (характерные значения для хлоросо-держахцих газов) увеличивается отношение Vy/Vx в среднем в три раза. По результатам расчетов построены зависимости относительной величины подгравливания T]s от ширины окна в маске L (рис.3) и от глубины травления Я (рис.4) при фиксированных глубине травления (150 мкм) и ширине окна в маске L (40 мкм), что соответствует травлению сквозных отверстий. Полученные в численных экспериментах результаты показывают влияние глубины травления, размеров окна в маске покрытии, вероятности взаимодействия травящих частиц с обрабатываемой поверхностью на форму профиля травления и степени анизотропии травления. Результаты расчетов позволяют по протравленным ЭМ оценить вероятность взаимодействия травящих частиц с обрабатываемой поверхностью в используемых технологических режимах.

Резкое увеличение скорости травления GaAs в хлорсодержатдей НГП наблюдается в присутствии марганца. Процесс представляет собой совокупность чередующихся стадий образования промежуточных соединений и их разрушения с выделением продуктов реакций. Как известно, роль катализатора играют только соединения легко образующиеся и легко разрушающиеся при дальнейшем взаимодействии, в данном случае МпС1ъ ж МпС14. Эти газообразные соединения имеют высокий адсорбционный потенциал и их распространение ио обрабатываемой поверхности происходит путем поверхностной диффузии. Хлориды марганца неустойчивы при температурах, характерных для ПХТ, и, непосредственно около подложки, происходит их диссоциация и реакция замещения атомов Мп атомами As и Ga. Скорость травления можно оценить, используя закон Аррениуса:

Г К.. = Сехр|-] или/„ ки„ = /иС- -^Ч

где - скорость травления, £а - энергия активации, Я - универсальная газовая постоянная, Т - температура подложки и С - предьэкспоненциальный множитель, учитывающий концентрацию реагирующих веществ.

Роль Мп сводится к снижению величины Еа, которая в его присутствии равна 22384 Дж/моль и 26051 Дж/моль без него для НГП на основе ССЦ. На рис.5 представлены расчетные и экспериментальные зависимости скорости травления ОаА$ от температуры подложки при использовании Мп и без него. Увеличение скорости травления возможно во всем интервале температур, характерных для ПХТ. Однако на практике этого не наблюдается. При температуре свыше 430 К в углеродсодержащей плазме скорость травления с ростом температуры снижается. Это объясняется известным фактом превалирования процесса полимеризации, который протекает одновременно с ПХТ, и в результате которого образуются полихлоруглероды, маскирующие обрабатываемую поверхность и замедляющие травление. Отклонение экспериментальных даштых от расчетных наблюдается как в присутствии Мп, так и без него. Ускоряя процесс травления, Мп не оказывает влияния на другой процесс, которым является полимеризация. Привнесение Мп в реакционную зону осуществляется путем использования слоя из этого материала в виде дополнительного компонента маски. Такое технологическое решение делает наиболее быстрым и беспрепятственным достижение хлоридами марганца открытых участков ОаАз. Влияние Мп носит локальный характер, т.е. скорость ПХТ материала подложки зависит от его удаленности. Величина зоны влияния Мп зависит от давления в реакторе - с увеличением давления зона действия уменьшается, что подтверждает гипотезу распространения каталитирующих веществ через газовую фазу. Эффект увеличения скорости травления наблюдается в довольно узком интервале технологических параметров, вследствие наличия параллельно протекающих процессов, конкурирующих с реакциями

ПХГ. В частности, ионная бомбардировка вызывает распыление с травимой поверхности активированных комплексов. В атмосфере ССи (40*60 об. %) и Аг (50*60 об. %) в присутствии Мп при давлении в реакторе 80*100 Па, температуре подложкодержателя 430+0,5 К и плотности мощности разряда 0,2*0,3 Вт/см2 скорость травления достигала 15 мкм/мин. При тех же условиях в отсутствии Мп скорость травления С^з не превышала 1,5 мкм/мин. Фотография сквозного отверстия в подложке, протравленного с использованием описанного эффекта, представлена на рис.б.

В табл. 1 показаны максимальные достигнутые скорости травления (относительная погрешность измерений 10%) в различным плазмообразующих газовых смесях в присутствии Мп и без него.

Таблица 1

Пяазмообразующин газ

сси РС13 +

Скорость травления без Мп, мкм/мин 5,0 8,0 15,0

Скорость травления в присутствии Мп, мкм/мин 15,0 20,0 35,0

В третьей главе изложены результаты совершенствования технологического оборудования и методики ПХТ и РИПТ. Магяетронные реакторы позволяют существенно повысить производительность и качество обработки за счет проведения процесса при пониженном давлении и более высокой плотности мощности по сравнению с индукционными и диодными реакторами.

Исследования в данной работе проводились в реакторах двух различных конструкций. Корпус реактора первого вида состоит из двух частей, каждая из которых является электродом. Электрод-подложкодержатель выполнен в виде тонкой дюралюминиевой пластины, в которой имеются каналы для протока

охлаждающей жидкости. К нему подведено напряжение от ВЧ-генератора, Второй электрод (заземдешшй) выполнен в виде тонкостенного прямоугольного параллелепипеда. Герметизирующая прокладка из вакуумной резины одновременно является и электрическим изолятором. Снаружи камеры, непосредственно под нижним электродом, смонтирована магнитная система, обеспечивающая движение заряженных частиц но замкнутой траектории с циклотронным вращением. Она позволяет формировать вблизи электрода-подлож-кодержателя плазменный шнур в форме вытянутого тора. Для получения равномерной обработки сканирующее устройство перемещает магнитную систему вдоль охлаждаемого электрода-подложкодержателя. Такая конструкция хшанарного peaicropa с MP при всех ее достоинствах и возможностях получения высоких плотностей мощности (до 25 Вт/см2 при мощности генератора 600 Вт) обладает одним существенным недостатком - наличием механической системы сканирования магнитов. Поэтому дальнейшее совершенствование технологического оборудования проводилось в направлении разработки реактора по схеме плазменной центрифуги с расчетом на обработку подложек диаметром до 150 мм.

Реактор этого типа представляет собой заземленный электрод, служащий вакуумной камерой, выполненный в виде тонкостенного прямоугольного параллелепипеда и верхней герметизирующей крышки, также являющейся частью заземленного электрода. Охлаждение стенок камеры проводилось через змеевик из медных трубок расположенных сверху и снизу по периметру боковых стенок, а также на нижней поверхности и верхней крышке камеры. Внутри камеры на осях симметрии размещен электрод-подложкодержатель, на который подается ВЧ-яапряжение. В нем имеются каналы для циркулирования термостабилизирующей жидкости, выполненные и герметизированные по аналогии с реактором первой конструкции. Электрод-подложкодержатель закреплен внутри камеры на трубках, которые служат одновременно для подачи термостабилизирующей жидкости. Герметизирующие прокладки у этих

трубок одновременно являются диэлектрическими изоляторами. Снаружи камеры расположена система магнитов, создающая магнитное поле с вектором магнитной индукция В перпендикулярным напряженности электрического поля Е. Через боковые стенки камеры магнитное поле проходит внутрь технологического объема. Данная конструкция реактора с горением разряда вокруг электрода-подложкодержателя обеспечивает получение плотности мощности разряда 3 Вт/сма и удельную мощность разряда 3 Вт/см3 при максимальной мощности ВЧ-генератора 2,5 кВт. Минимальное рабочее давление, полученное в таком реакторе, составляет 0,5 Па. Отличительной особенностью является отсутствие механически движущейся магнитной системы, что существенно упрощает конструкцию.

Для эффективного формирования плазменного шнура в реакторах необходимо получить достаточно большие значения магнитной индукции. Этого можно достичь за счет максимального приближения магнитной системы к электроду, а также за счет минимизации его толщины. Однако уменьшение толщины электродов ограничено возможной деформацией реакторов, возникающей при его откачке, т.к. электроды реакторов одновременно являются и частями вакуумной камеры. Для оптимизации толщин электродов был произведен расчет их толщины из условий жесткости с учетом заданного прогиба.

Значительное влияние на скорость и качество травления ОаАл в НЛП температурный режим подложки. Небольшие изменения (порядка 10 К), как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения температуры, могут вызывать снижение скорости травления в несколько раз, нежелательное удаление ингибнтирующей пленки с боковых поверхностей формируемого ЭМ, увеличение шероховатости получаемой поверхности, появление на поверхности обрабатываемого полупроводника нарушенного слоя или слоя химических соединений, ухудшающих параметры изготавливаемых приборов и другие явления, снижающие качество травления. В связи с этим необходима термостабилизация нодяожкодержателя при травлении СаА.$ и обеспечение гарантиро-

У ванного теплового контакта между ним и подложкой. При травлении в ре-Г зультате поглощения подложкой теплового потока и конечной теплопроводности обрабатываемого материала в ней возникает градиент температур, что приводит к прогибу подложки. Величина этого прогиба может быть оценена по формуле

8 Л

где £> - диаметр подложки, а - температурный коэффициент линейного расширения, Л - коэффициент теплопроводности, д - тепловой поток.

Для обеспечения теплового контакта подложки с подложкодержателем предложен способ обработки, который заключается в том, что измеряют прогиб подложки относительно подложкодержателя, возникающий в результате ее теплового изгиба, а затем деформируют подложкодержатель и контролируют величину прогиба подложки относительно подложкодержателя, прекращая деформацию последнего в момент ликвидации прогиба.

Проведение травления при минимальной толщине маскирующего покрытия обеспечивает наиболее точное воспроизведение рисунка маски, но, с другой стороны, необходимо надежное сохранение маски до конца травления. С целью повышения качества обработки путем проведения процесса при максимальном отношении скорости травления материала подложки к скорости травления материала защитной маски разработан способ травления в НГП. Это достигается тем, что выделяют два спектральных интервала, один из которых содержит спектральную лишпо материала подложки, а второй - спектральную линию материала защитной маски или продукта реакции с его участием, определяют максимальные коэффициенты поглощения в выделенных спектральных интервалах к; и к2, определяют область разряда, в которой температура излучающих частиц постоянна, излучение плазмы регистрируют из части этой области, размер которой в направлении оптической оси спектрального прибора не превышает Ы^б/к^, где ктах равен максимальному значе-

шио 1'; или к2, измеряют интенсивность излучения плазмы в выделенных спектральных интервалах, определяют отношение измеренных интенсивно-стей и регулируют мощность разряда таким образом, чтобы отношение измеренных интенсивностей было максимальным. Способ основан на выделении однородной оптически тонкой области разряда, интенсивность излучения которой пропорциональна концентрации излучающих компонент НГП, синхронном контроле излучения продуктов травления материалов подложки и защитной маски, а также лоддержшшя такого значения технологических параметров, при котором реализуется максимум отношения скорости травлехшя подложки к скорости разрушения маски.

При обработке ОаА$ наблюдается нежелательная зависимость профиля травления от кристаллографического направления. В способ можно привнести изменение, позволяющее преодолеть этот недостаток. Для этого отношение интенсивностей излучения из спектральных интервалов поддерживается не максимальным, а на уровне при котором наблюдается необходимая вертикальность стенок, хотя при этом маска покрытие с несколько большей скоростью и требуется увеличение ее толщины.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований закономерностей влияния технологических факторов на скорость и качество травления СгД/й в НГП МР. Влияние технологических параметров МР на скорость травлеття представлено на рис.7. Максимально достипгутые скорости травления СтаАь (без Мп), селективность травления СаЛз по отношению к различным маскирующим материалам и коэффициенты анизотропии показаны в табл.2. Полученные данные послужили основой при выборе оптимальных технологических режимов при разработке методов формирования заданных структур микрорельефа на поверхности

В режиме ПХТ существует зависимость скорости травления от кристаллографического направления, приводящая к появлешпо огранки в профиле травлешш. Этот эффект снижает разрешающую способность травления и соз-

Максимально достигнутые показатели скорости травления, селективности и анизотропии.

Таблица 2

N> О

Состав рабочего газа Скорость травления, мкм/мин Селективность травления Отношение глубины травления к подтраву

GaAs/Ni GclAs/Tî бчх4.у/ФП-383 GaAs/SiOz

СС7, 5,0 500 150 30 150 до 20

c2o3F3 8,0 500 20 30 10 до 20

PCh 20,0 500 100 30 100 6*8

Иг 0,5 500 150 50 . 150 6*8

Cl, 5,0 500 150 30 150 6*8

PCl,+CCl4 (50 об.%+50 об.0/«) 12,0 500 100 30 100 17*19

PCI3+C2CI3F3 (50 об.%+50 об.%) 15,0 500 10 30 10 17*19

Н2+СН4 (50 об.%+50 об.%) 0,5 500 150 50 150 до 20

дает трудности для последующей металлизации. Для их преодоления возможно использование эффекта пассивации боковых поверхностей профиля травления продуктами полимеризации. В главе приведены результаты исследования состава и свойств ипгибитиругощих пленок. В МП! на основе СС14 в состав пленок входят углерод, галлий и хлор, в СгС/з^ - углерод, галлий, хлор и фтор, присутствия мышьяка в обоих случаях отмечено не было. В обоих случаях структура пленки была рыхлой. В плазмообразующих водородсодержа-щих газовых смесях содержащих СН4 исследования свойств пленок показали их аямазоподобнуго структуру. Пленки практически полностью состоят из углерода и, в условиях, при которых наблюдается ее сохранение лишь на боковых стенках формируемого травлением ЭМ и распыление со дна за счет ионной бомбардировки, она имеет алмазоподобный характер.

В главе приведены результаты исследования закономерностей влияние режимов травления в НГП на приповерхностный слой СаЛя и шероховатость получаемой поверхности. Обработка в НГП МР приводит к обогащению поверхности БаАя атомами галлия. С ростом скорости травления увеличивается шероховатость травимой поверхности. Наименее шероховатая поверхность наблюдается в НГП несодержащей углерод. Результаты травления зависят от давления остаточных газов в реакторе, которые при недостаточной откачке вызывают появление на поверхности ОаАх белой пленки окислов галлия. Эта пленка снижает скорость обработки и увеличивает шероховатость.

В пятой главе содержатся результаты разработки метода измерения геометрических размеров ЭМ, формируемых травлением в НГП. При сравнении методов контроля и измерения ЭМ (оптический микроскопии, растровой электронной микроскопии и методов основанных на интерференции и дифракции когерентного монохроматического излучения) сделан вывод о том, что дифрактометрический метод может одновременно обеспечить измерение ширины ЭМ, глубины травления, определение неравномерности травления без разрушения структуры. Благодаря высоким точностным и аналитическим

возможностям, позволяющим измерять размеры ЭМ в диапазоне до 0,01 мкм, этот метод может быть взят за основу в системах управления технологическими процессами травления в НГП. К достоинствам этого метода также относится привязка в каждом измерении объекта измерения к эталону длины, в качестве которого выступает длина волны зондирующего излучения. В настоящей работе увеличение точности дифрактометрического метода измерения размеров ЭМ проводилось за счет снижения систематической погрешности, привносимой при модельном описании объекта измерения.

Типичными формами профиля травления являются трапециевидный и прямоугольный профили. Последний можно считать частным случаем трапециевидного профиля. В общем случае схема амплитудно-фазовой решетки образуется ЭМ трапециевидной формы с вершиной трапеции размером Ь, основанием трапеции (Ь+2а) и высотой И. Для определения интенсивности отражаемого от трапециевидной решетки монохроматического излучения в дальней зоне для главных дифракционных максимумов (ГДМ) получено выражение:

+ - ят^ Ес/(кУа - 2жп/ф + (пп^ - зт^т) Ес/(кк/а +2жпМ) +

+ ($т£1 + $т%2) Я^'(кк/а +2тсп/ф}2 +{(соз$ - сол^ Еъй/2пп -- (со$£,1 - соз%4) Я/(Ша- 2п}т/ф + (со$%2 - Кс/(кУа +2яп/ф}2, где ¿¡г, и - параметры амплитудно-фазовой решетки, образуемой ЭМ (£, = кк +■ япЪ/й, Е,2 = кк+ япШ, = 2тИ(а + Ь/2). £/ = т), 11ь. Яс и Яг - коэффициент отражения, соответственно, от вершины, от склона и от дна ЭМ.

На рис.8 представлены расчетные и экспериментальные результаты интенсивности светового излучения, дифрагировавшего в ГДМ различных порядков. Результаты получены для ЭМ трех видов. В первом случае ЭМ имеет трапециевидную форму и одинаковые коэффициенты отражения на горизонтальных поверхностях и боковых склонах (рис.8а). Второй вид ЭМ (рис.8б)

имея трапециевидную форму и различные коэффициенты отражения на горизонтальных и боковых поверхностях. Сравнение результатов расчетов с известными литературными данными показывает, что предложенная модель позволяет увеличить точность дифрактометрических измерений. Таким образом, погрешность измерения будет определяться в основном нелинейностью коэффициентов преобразования фотоприемного измерительного и опорного устройств и ошибкой наведения на дифракционный максимум.

В главе шестой представлены результаты применения разработок в производстве электронных устройств на ОаЛз.

В МЭУ на боЛу широко используется структура ПТШ, имеющего заглубленный затвор и локально утоненный под затвором слой канала, Травление углубления под затвором должно характеризоваться отсутствием возникновения на поверхности полупроводника нарушенного слоя или химических соединений, ухудшающих характеристики транзистора. Эти результаты достигнуты при использовании шшмообразугощей газовой смеси РС13 (10*30 объемных %) и СгС^Рз (70*90 объемных %), при расходе смеси 30*40 см7мин, давление в реакторе 15*25 Па, плотности мощности разряда 0,1*0,2 Вт/см2, температуре электрода-подложкодержателя 340+5 К и предварительной откачке реактора до давления не менее 4 Па. Данный режим характеризуется скоростью травления 5+1 мкм/мин и отсутствием изменений электрофизических свойств полупроводника в результате воздействия НГП. Другим вариантом, разработанным специально без использования хлоросодержащих нлазмообразующих газов, является метод травления в плазме на основе водорода с добавкой метана для образования иншбитирующей пленки на боковых поверхностях ЭМ. Состав плазмообразующего газа при этом Н2 (40*60 объемных %) + СН4 (40*60 объемных %), плотность мощности разряда 1 Вт/см2, расход рабочей газовой смеси 8*10 см7мин, давление в реакторе 6,7*13,3 Па и температура подложкодержателя 450 К. И хотя скорость травления в таком

ш режиме относительно невысока (0,15+0,05 мкм/мин), выхлопные газы не со* держат хлора. В обоих описанных выше методах не требуется дополнительный отжиг или снятие нарушенного слоя с помощью ЖХТ после травления в плазме. Оптимальные величины технологических параметров установлены экспериментально, исходя из того, чтобы добиться максимальной скорости травления при условии отсутствия на обрабатываемой поверхности нарушенного слоя. Величина последнего определялась стравливанием в Я-^'О./.'/ЛО2:11?О до полного восстановления вольт-амперной характеристики по сравнению с образцами подвергнутыми ЖХТ в том же травителе на требуемую глубину. Сравнение характеристик омических контактов также показало их совпадение, в пределах погрешности измерений. Отсутствие нарушенного слоя в результате воздействия ионной бомбардировки при обработке в НТО достигается тем, что этот слом одновременно удаляется за счет составляющей скорости травления, обусловленной химическими реакциями. Кроме того, полученный результат связан с малой величиной смещения на подложке, достигаемой при использовании С2С13Р3 в составе плазмы.

При травлении сквозных отверстий необходимы высокая селективность травления подложки по отношению к маске и достаточная селективность по отношению к металлизации с внешней стороны, удобный для последующей металлизации профиль травления и высокий уровень анизотропии для плотной упаковки приборов на подложке. Удовлетворить эти требования можно путем использования пассивации боковой поверхности ЭМ углеродсодержа-щей пленкой. При этом должны быть созданы условия, когда пленка распыляется со дна формируемого ЭМ ионной бомбардировкой, но сохраняется на боковых стенках, предотвращая боковое травление. Известные способы, основанные на этом эффекте, характеризуются относительно невысокой скоростью травления (не более 1,5 мкм/мин), что делает процесс низкопроизводительным. Для увеличения скорости травления было предложено использовать газовую смесь на основе РС1з- В газовой смеси необходимо также содержание

утлеродсодержащего компонента для образования пассивирующей пленки. Определение режима, при котором достигается максимальная скорость травления при обеспечении названных выше требований к качеству травления, осуществлялось путем поочередного варьирования параметрами разряда до достижения частного экстремума. Установленный режим, характеризуется использованием в качестве плазмообразующего газа смеси из РС13 (40-^60 объемных %) и C2CIjF3 (40-^-60 объемных %), расходом смеси 20-^30 см3/мин, плотностью мощности разряда 0,3-ьО,4 Вт/см2, давлением в реакторе 6,7-И3,4 Па, температурой электрода-подложкодержателя 340±5 К и предварительной откачкой до давления не более 4 Па. При таком режиме происходит физическое распыление полимерной пленки со дна ЭМ, а с боковых стенок ЭМ пассивирующая пленка не удаляется. Способ позволяет формировать сквозные отверстия в подложках толщиной до 300 мкм со скоростью травления GaAs 15±1 мкм/мин. Профиль травления не зависит от кристаллографического направления. Фотографии поперечного сечения, протравленного таким образом отверстия, показаны на рис.9.

Технические решения, полученные на основе проведенных исследований, находят наиболее общее использование при разработке технологического маршрута изготовления монолитных ИМС на GaAs. Маршрут содержит операцию травления канавки в эпитаксиальном слое для формирования заглубленного затвора Шотгки. При этом используются способы травления, характеризующиеся отсутствием возникновения нарушенного слоя. На этапе создания в подложке сквозного отверстия под заземление, в зависимости от плотности упаковки приборов возможно применение различных разработанных способов. Если плотность упаковки приборов на подложке не велика, то возможно применение способа ПХТ GaAs в атмосфере СС14 и аргона с использованием влияния марганца, входящего в маску и вызывающего резкое увеличение скорости травления. Если же требования к плотности упаковки

приборов велики и, следовательно, необходима большая вертикальность стенок отверстия, то вместо ПХТ применяется РИПТ в газовой смеси РСЬ и С.2С13Р3. Время травления сквозного отверстия в подложках толщиной 150 мкм составляет при использовании данных способов 10 мин, против требовавшихся ранее 2 часов. Третий разработанный вариант формирования сквозных отверстий травлением в НГП основан на использовании водородсодер-жащих пдазмообразующих газовых смесей. При этом используется плазмооб-разующая газовая смесь при этом Н2 (40*60 объемных %) + СН4 (40*60 объемных %), плотность мощности разряда 4 Вт/см2, расход рабочей газовой смеси -8*10 см7мин, давление в реакторе 6,7*13,3 Па и температура подложко-держателя 440-460 К. Скорость травления при этом не высока (0,5 мкм/мин), однако используются экологически менее вредные для озонового слоя Земли рабочие газовые смеси водорода и метана.

В заключении подведен итог проделанной работе. Указано, что автор видит главный смысл своего труда в разработке методов травления СаАз в НТО, предназначенных для широкого практического использования.

В приложении к диссертационной, работе содержатся акты внедрения в промышленность результатов исследований и разработок, протоколы испытаний разработанных методов обработки и программы для расчетов.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На базе предложенного методологического подхода разработаны научные основы технологии травления ОаА$ в химически активной НГП МР, направленной на решение проблемы создания прецизионных методов формирования заданного микрорельефа. При этом в процессе комплексного исследования травления 6аА$ в химически активной НГП МР получен ряд результатов, обладающих научной новизной и практической ценностью:

- установлены закономерности влияния технологических факторов на скорость травления и качество получаемой поверхности СаАв при обработке в химически активной НГП МР;

- обнаружен эффект и предложено теоретическое объяснение аномального увеличения скорости травления ОаАя в присутствии Мп при ПХТ в хлорсодержащей плазме; на этой основе разработана модификация способа травления позволяющая увеличить скорость травления в 2,54-3 раза;

- установлены закономерности образования на боковых стенках формируемого ЭМ пассивирующие пленки и изучены их свойства (в НГП СС14 в состав пленок входят углерод, галлий и хлор, в С2С1зРз - углерод, галлий, хлор и фтор, присутствия мышьяка отмечено не было, а в НГП на основе II2 и СН4 пленки практически полностью состоят из углерода и, в условиях, при которых наблюдается ее сохранение лишь на боковых стенках формируемого травлением ЭМ и распыление со дна за счет ионной бомбардировки, она имеет алмазоподобный характер);

- предложен способ обработки подложек повышающий процент выхода годных на 124-15 %, заключающийся в гарантированном обеспечении теплового контакта термостатированного подложкодержателя с подложкой;

- разработан способ травления в НГП, решающий задачу управления на основе ЭСК травления подложки и защитной маски, позволяющий варьировать селективностью и анизотропностью травления;

- для использования в системе управления процессами прецизионного травления разработан дифрактометрический метод измерения линейных размеров поперечного профиля ЭМ обеспечивающий измерение с абсолютной погрешностью не более 0,02 мкм.

2. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований закономерностей травления СтаА$ в НГП разработаны способы травления, позволяющие:

- формировать локальные углубления для заглубленного затвора ПТШ с субмикронными размерами и коэффициентом анизотропии не менее 16, без образования на обрабатываемой поверхности нарушенного слоя вследствие чего не требуется проведение дополнительного отжига после обработки в НГП или стравливания нарушенного слоя с использованием ЖХТ;

- создавать на поверхности подложки меза-структуры, для изоляции активных элементов ИМС друг от друга, без увеличения проводимости изолирующего слоя и с поверхностью удобной для нанесения металлизации;

- проводить глубинное травление с использованием эффекта пассивации боковых поверхностей формируемого ЭМ ингибитирующей пленкой, за счет чего снижается латеральная скорость травления, увеличивается разрешающая способность, и профиль формируемого элемента не зависит от кристаллографического направления, при этом скорость травления составляет 15±1 мкм/мин и отношение глубины травления к подтраву равно 17*19.

3. Разработанные методы обработки Ga/ls в НГП, технологическое оборудование, методы контроля процессов травления в НГП и методы измерения геометрических параметров ЭМ внедрены в производство. Это позволило изготовить элементы приборов с высокими характеристиками (в частности, высоты барьера Шоттки контакта Al'GaAs составляет 0,9 эВ, индуктивность заземляющих контактов монолитных интегральных схем не более 0,5 Гн), увеличить процент выхода годных на 20*25 %, отказаться от используемой ранее технологий, связанных с применением реактивов вредных для здо ровья человека и отрицательно сказывающихся на окружающей среде.

Основные положения и результаты опубликованы в следующих ш чатных работах:

]. Беневоленский С.Б., Остроухов H.H. и др. Способ вакуумно-плазмех ного травления. - A.C. № 1498313

2. Беневоленский С.Б., Кубрин В.И. и др. Способ плазмохимического травления арсенида галлия. - A.C. № 1556452

3. Беневоленский С.Б., Карамушко C.B. и др. Способ плазмохимического травления сквозных отверстий в подложках арсенида галлия. - A.C. № 1617970

4. Беневоленский С.Б., Кубрин В.И. и др. Способ термической обработки полупроводниковых и диэлектрический подложек. - А. С. №1605289

5. Беневоленский СБ., Веденяпин E.H. и др. Способ вакуумно-плазменного травления арсенида галлия. - A.C. № 1762696

6. Беневоленский С.Б., Кубрин В.И., Остроухов H.H., Серегин Ю.Н., Тянгинский А.Ю. Эмиссионно-спектральный контроль при плазменном травлении многослойных структур. - Прикладная физическая оптика, Сб. научн. тр. №164. - М., Моск. энерг. ин-т, 1988, с.29 - 33

7. Беневоленский С.Б., Кубрин В.И., Остроухов H.H., Серегин Ю.Н., Тянгинский АЮ. Повышение качества конструкции магнетронной камеры для ионно-плазменной обработки материалов. - Деп. рук. ДР4157-п88 ИНФОРМПРИБОР, 1988, №7, с. 128

8. Беневоленский С.Б., Борисов Ю.В., Дремина H.H., Кубрин В.И., Тянгинский А.Ю. Камера для плазмохимического травления полупроводниковых структур. - Сб. тр. НТК «Технология микроэлектронных приборов и аппаратуры средств связи», Львов, 1988, с.175 - 180.

9. Беневоленский С.Б., Борисов Ю.В., Кубрин В.И., Серегин Ю.Н, Устранение краевого эффекта при плазмохимической обработке полупроводниковых подложек. - Сб. тр. НТК «Технология микроэлектронных приборов и аппаратуры средств связи», Львов, 1988, с.185 - 192

Ю.Беневоленский С.Б., Кубрин В.И., Курчук Б.А. Травление подложек GaAs в низкотемпературной плазме. - Сб. тр. Всесоюзной НТК "Автоматизация проектирования и производства РЭС", Одесса, 1988, с. 34

П.Беневоленский С.Б., Дремина H.H., Кубрин В .И., Тянгинский А.Ю. Оптический метод контроля плазмохимического травления арсенида галлия. -Прикладная физическая оптика. Сб. научн. тр. №223, - М., Моск. энерг. ин-т, 1989, с.29 - 33

12.Беневоленский С.Б. Влияние травления арсенида галлия в низкотемпературной газоразрядной плазме на морфологию поверхности. - Сб. тр. НТК "Перспективные направления в производстве микроэлектронных изделий", М., 1991, с.9

13.Беневоленский С.Б. Эмиссионно-спектральный контроль в системе управления процессом вакуумно-плазменного травления арсенида галлия. -Сб. тр. НТК "Перспективные направления в производстве микроэлектрошшх изделий", М„ 1991, с.23

Л4,Беневоленский С.Б., Истомина H.JL, Кубрин В.И. Измерение глубины травления слоя по анализу дифракционного спектра оптического излучения, отраженного от периодической структуры. - Сб. тр. НТК "Перспективные направления в производстве микроэлектронных изделий", М., 1991, с.ЗО

15.Беневоленский С.Б., Кубрин В.И., Чижов С.М. Травление арсенида галлия в плазме трихлортрифторэтана. - Сб. тр. НТК "Перспективные направления в производстве микроэлектроннкх изделий", М., 1991, с.31

16.Беневоленский С.Б., Кубрин В.И., Истомина Н.Л. Измерение толщины диэлектрических пленок методами оптической интерферометрии и ди-фракгометрии. - Сб. тр. 3-й международной НТК "Тонкие пленки в электронике", Ижевск, 1992, с.5

17.Беневоленский С.Б. Проблемы травления GaAs в низкотемпературной плазме при производстве микроэлектронных устройств. - Сб. тр. НТК "Новые материалы и технологии машиностроения", М., MATH, 1992, с. 15

18.Беневоленский С.Б., Гродзенский Я.С., Остроухов H.H. Эмиссионно-спектральный контроль в системе управления процессом глубинного травле-

ния GaAs в низкотемпературной плазме. - Электронная промышленность, 1993, №8, с.64-66

19.Беневоленскнй С.Б., Гродзенский Я.С. Спектральный контроль глубинного травления арсенида галлия в низкотемпературной плазме. - Сб. тр. Российской НТК "Новые материалы и технологии машиностроения", М., МАТИ, 1993, с.43

20.Беневолеяский С.Б. Экологические аспекты процесса травления арсенида галлия в низкотемпературной плазме. - Сб. тр. Российской НТК "Новые материалы и технологии машиностроения", М., МАТИ, 1993, с.44

21.Беневоленский С.Б. Травление арсенида галлия в водородной плазме с использованием магнетронного реактора. - Сб. тр. Российской НТК "Новые материалы и технологии машиностроения", М., МАТИ, 1994, с.56, 57

22.Беневоленский С.Б., Беклемишев H.H., Истомина Н.Л. Анализ погрешности дифракционного метода измерения размеров периодических элементов микрорельефа. - Электронная ттромыпшенность, 1994, №2, с.11

23 .Беневоленский С.Б., Беклемишев H.H., Истомина Н.Л., Сундуков A.A. Мера глубины травления для контрольно-измерительного оборудования процессов панотехнологии. - Электронная промышленность, 1994, №2, с. 16

24.Беневоленский С.Б., Кубрин В.И., Дремина H.H. Оптический лазерный контроль в системах управления процессами травления в низкотемпературной газоразрядной плазме. - Элементная база микро- и наноэлектроники: физика и технология. Сб. научи, тр. - М.: МГИЭТ(ТУ), 1994, с. 123-130

25.Беневоленский С.Б. Травление GaAs в водородной плазме с использованием магнетронного реактора. - Сб. тр. 5-й международной НТК "Тонкие пленки в электронике", Йошкар-Ола, 1994, с.112-114

26.Беневоленский С.Б., Беклемишев H.H., Истомина Н.Л. Определение угла наклона боковой поверхности профиля сечения элементов топологии на основе дифрактометрии, - Сб. тр. VI-й международной НТК "Лазеры в науке, технике и медицине", М., 1995, с.88-89

27.Беневоленский С.Б. Плазмохимическое травление GaAs в присутствии марганца. - Сб. тр. Российской НТК "Новые материалы и технологии машиностроения", М., МАТИ, 1995, с.52

28.Беневоленский С.Б. Свойства пассивирующей пленки, образующейся на боковой по верности профиля травления при обработке арсенида галлия в плазхче трихлортрифторэтана. - Сб. тр. Vi-й международной НТК "Тонкие пленки в электронике" , Йошкар-Ола, 1995, т.1, с.98-100

29.Беневсшенский С.Б., Истомина Н.Л. Реактивное ионно-плазменное травление арсенида галлия в плазме водорода с использованием магнетрошю-го разряда. - Известия ВУЗов. Сер. Электроника, 1996, №1-2, с.111-113

30.Беневоленский С.Б., Истомина H.JI. Дифрактомстрические методы исследования неравномерности травления арсенид-галлиевых микроэлектронных структур. - Сб. тр. VII-й международной НТК "Лазеры в науке, технике и медицине", Сергеев-Посад, 1996, с. 16-18

31.Беневоленский С.Б., Копылов П.В. Эмиссионно-спектральная диагностика генерации травящих частиц в хлорсодержахцей плазме при обработке арсенида галлия. - Сб. тр. Российской НТК "Новые материалы и технологии машиностроения", М., МАТИ, 1997, с.71

32.Беневоленский С.Б., Истомина Н.Л., Копылов П.В. Особенности формирования дифракционного спектра на субмикронных элементах топологии изделий электронной техники, - Сб. тр. VIII-й НТК "Тонкие пленки в электронике", Харьков, 1997, т.З, с.520-521

33.Беневоленский С.Б., Беклемишев H.H., Истомина Н.Л. Мера глубины травления и толщины тонких шенок субмикрометрового диапазона. - Сб. тр. 2-й Российской НТК "Высокие технологии в промышленности России", М., 1997, МГТУ им.Н.Э.Баумана, с.149

34.Беневоленский С.Б., Ружанский A.B. Магнетронный реактор для травления материалов в низкотемпературной плазме. - Сб. тр. 2-й Российской

НТК "Высокие технологии в промышленности России", М., 1997, МГТУ им.Н.Э.Баумана, с.151

35.Беневоленский С.Б., Истомина H.JT., Копылов П.В., Ружанский A.B. Травление арсенида галлия в магнетроином разряде с использованием плаз-мообразующей газовой смеси водорода и метана. - Сб. трудов 2-ой Всероссийской НТК с международным участием "Электроника и информатика-97" В 2-хч. -М.,МИЭТ, 1997,ч.1. -C.127

36.Беклемишев H.H., Беневоленский С.Б., Истомина Н.Л., Копылов П.В. Увеличение точности дифрактометрического метода измерения геометрхгче-ских размеров элементов микрорельефа интегральных схем. - Измерительная техника, 1998, №3, с.13

37.Беневоленский С.Б. Закономерности генерации химически активных частиц хлора в низкотемпературной плазме высокочастотного магнетронного разряда. - Сб. трудов Всероссийской НТК "Новые материалы и технологии машиностроения", М., МАШ, 1998, с.260

38.Беклемишев H.H., Беневоленский С.Б., Истомина Н.Л., Копылов ÏÏ.B. Снижение систематической погрешности дифрактометрического метода измерения размеров элементов микрорельефа субмикронного диапазона. - Науч. тр. МАТИ им.К.Э.Циолковского. Вып. 1(73). - М., 1998. - с.268-271

39.Беневоленский С.Б., Клещиков A.M., Сундуков A.A. Модельный анализ глубинного травления арсенида галлия в низкотемпературной плазме. - Науч. трудов МАТИ им. К.Э.Циолковского. Вып. 1(73). - М„ 199.8. - с.271-276

40.Беневоленский С.Б., Клещинов A.M. Оптический контроль по эмиссионному спектру травления GaAs в низкотемпературной плазме магнетронного разряда. - Сб. научн. трудов Международной конференции молодых ученых и специалистов "Оптика-99", Санкт-Петербург, ИТМО, 1999, с. 150

U^nI i А \ |

\1 2 \ j \ 1

3 \

Рис.1

Зависимость максимальной скорости подтравлнвания от вероятности взаимодействия травящей частицы с обрабатываемой поверхностью: 1 - Я = II; 2 - Я = 2Ь; 3-Я = 4£;4-Я=71; 5-Я=Ж.

1

эу/зк.

! \ i 1 ] _______ _______ 1 КУ i

I ! 3 4 -V ///

0 0,2 0,4 0,6 0,8 с,

Рис.2

Зависимость отношения скорости травления вглубь материала к скорости подтравливания от вероятности взаимодействия травящей частицы с обрабатываемой поверхностью:

1 - Н = 101; 2 - Я = 71;3 - Я = 41;

ч

0,3

0,15

О 40

Рис.3

Зависимость относительной величины подтравливания от ширины окна в маске при различных вероятностях взаимодействия травящей частиц с обрабатываемой поверхностью.

0,3 0,2 0,1

50 100 150 Н, мкм

Рис.4

Зависимость относительной величин подтравливания от глубины травлеш: при различных вероятностях взаимо действия травящей частицы с обраба тываемой поверхностью.

350 375 400 425 450 Т,К 2,2 2,25 2,3 2,35 1/(Т.105),К"

а) б)

Рис.5

Расчетные и экспериментальные зависимости скорости травления СЗаА.ч от температуры подложки в присутствии Мп (1) и без него (2).

*{ , (ООтм, Оимкт

Рис.6

Фотография сквозного отверстия в подложке, протравленного с использованием слоя Мп в маскирующем покрытии.

УТР,мкм/мин УТР,мкм/мин У1р,мкм/мин Утр,мкм/мин

15

10

Ш г-\ Г

гл / | ; уг

0,6 15

0,4 10

0,2 5

ш1 1

р--........

\У-|—>

2

0,6

0,4

0,2

2 3 Вт/см 300 350 400 450 500 Т, К

а) б)

1 - РСМ 50 об .'/,)+СС№ (50 об.%);

67 Па; 500 К; 30 см'/мия; 1 - РС13; 6,7 Па; 500 К; 30 см'/мин; 3-Яг; 13,3 Па; 3,5 Вт/см2; 30 см'/мия Утр,мкм/мин У^.мкм/мян Утр,мкм /мин

1 -РСк, 13,3 Па; 1 Вт/см2; 40 см'/мин; 2 - СС!зР,; 13,3 Па; 1 Вт/см2; 40 см'/мин; 3 - Яг; 13,3 Па; 3,5 Вт/см3; 30 см'/мин

Ут, ,мкм / мин

15

10

1г

! ! 1

0,6 15 0,4 10 0,2 5

5 Шуи- 1 2 —*■

3

/ ! ±]\

0,6 0,4 0,2

0,067 0,67 6,7 67 Р.Па В)

1 - РС13; 1 Вт/см2; 500 К; 40 с,«3/мян; 2 - ее/Л; .1 Вт/см2; 425 К; 40 см3/'м1ш; 3 - Н2; 3,5 Вт/см2; 500 К, 30 см3/мин

20 30 40 50 С?,см /ш Г)

1 - РС13; 13,3 Па; 1 Вт/см2; 40 см'/мин;

2 - 13,3 Па; 3,5 Вт/см2; 30 см3/мин 3 - СС13Г}■ 1 Вт/см2; 425 К; 67 Па;

2 - СО,; 1 Вх/см2; 425 К; 40 Па

Рис.7

Экспериментальные закономерности влияния технологических параметров на скорость травления арсенвда галлия в НГП: а - влияние плотности мощности разряда; б - влияние температуры подложи г - влияние давления в реакторе; в - влияние расхода газовой смеси.

5

0

б) элемент топологии с различными коэффициентами отражения на разных поверхностях

1.0 3 75 0.5 3.25

а) элемент топологии с одинаковыми коэффициентами отражения на разных поверхностях

Рис. В

Расчетные и экспериментальные результаты интенсивности светового

излучения, дифрагировавшего в Г ДМ различных порядков: 1 - расчетные результаты, полученные по предложенному выражению, 2 - расчетные результаты, полученные по данным работы [Волков В.В., Герасимов Л.Л., Капаев В.В., Ларионов Ю.В. Измерения размеров элементов интегральных схем дифракционным способом. - Микроэлектроника, 1983, т. 12, вып.2, с.107-112], 3 - экспериментальные результаты.

-/ <ООмг„

Рис.9

Фотографии поперечного сечения, отверстия полученного в плазмообразующей газовой смеси из РС1з (40*60 объемных %) и С^С!зРз (40*60 объемных %), при расходе смеси 20*30 см3/мин, плотности мощности разряда 0,3*0,4 Вт/см2, давлении в реакторе 6,7*13,4 Па, температуре электрода-подложкодержателя 340±5 К и предварительной откачке не более 4 Па.