Кинетические закономерности взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы смесей HCl-Ar, HCl-Cl2 и HCl-H2 с арсенидом галлия

• Автор: Капинос, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 111 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1 Л. Применение арсенида галлия в электронной технике
1.2. Особенности плазмохимического травления арсенида галлия, обзор плазменных смесей, применяемых для его травления
1.3 Обзор данных по травлению арсенида галлия в хлористом водороде, его преимущества по сравнению с хлором
1.4. Обзор данных по травлению арсенида галлия в смесях хлорсодержащих газов с инертными и молекулярными газами
1.5. Анализ влияния состава газовой смеси на скорость плазмохимического травления арсенида галлия
Заключение. Постановка задачи
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Общее описание установки
2.2. Подготовка образцов, получение газов
2.3. Методы измерения электрофизических параметров плазмы и температуры газа в исследованных газовых средах
2.4. Методика математического моделирования плазмы
2.5. Методики гравиметрического и спектрального исследования кинетики взаимодействия плазмы с арсенидом галлия
2.6. Методика исследования поверхности обрабатываемых образцов
2.7. Погрешности измерений и расчетов
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Плазмохимическое травление арсенида галлия в плазме хлористого водорода
3.2. Кинетика и механизмы плазмохимического травления арсенида галлия в смеси хлористого водорода с аргоном
3.3. Кинетика и механизмы плазмохимического травления арсенида галлия в смеси хлористого водорода с водородом
3.4. Кинетика и механизмы плазмохимического травления арсенида галлия в смесях хлористого водорода с хлором
3.5. Сравнительный анализ механизмов плазмохимического травления арсенида галлия в смесях хлористого водорода с аргоном, водородом и хлором
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Арсенид галлия (GaAs) является одним из наиболее востребованных материалов современной микро- и наноэлектроники благодаря сочетанию большой ширины запрещенной зоны и высокой подвижности носителей заряда. На его основе создается широкий спектр высокочастотных быстродействующих приборов и фотоэлектронных устройств. Этот материал также является базой для квантовой наноэлектроники на основе гетеропереходов в системе AlGaAs.
Очевидно, что вышеуказанные применения требуют высокоточного размерного структурирования поверхности подложек, что достижимо использованием только' методов плазменного травления. В этой области широко применяется неравновесная низкотемпературная плазма галогеноводородов (и, в частности, НС1). В сравнении с фреонами (CFxCly), BCI3, CCI4 и С12 плазма НС1 обеспечивает лучшие показатели чистоты, анизотропии, селективности и топологических характеристик процесса травления.
В технологии и литературе в последнее время большое внимание стали уделять бинарным газовым смесям. Используются как смеси активных газов друг с другом, так и их смеси с инертными (Не, Ar, Хе) и молекулярными (N2, 02, Н2) газами. Это обусловлено как достижением дополнительных технологических эффектов (стабилизация плазмы, снижение коррозии откачных средств, повышение экологической чистоты производства), так и появлением дополнительного канала контроля параметров плазмы за счет возможности варьирования начального состава смеси. В опубликованных работах отмечается, что Ar и Не в смесях с С12 оказываются не просто инертными разбавителями, но и заметно влияют на кинетику плазмохимических процессов через изменение электрофизических параметров плазмы. Подобные исследования для плазмы НС1 не проводились - отсутствует информация по механизмам физико-химических процессов,

увеличивается с 4.5x10'9 до 8.9х10’9 см2/с. Скорость немонотонна, с максимумом, как раз в районе 40 - 50%. К схожим рассуждениям приходят авторы [56]. Их измерения показали, что при мощности 600 Вт, увеличение концентрации Аг с 1% до 78% в смеси приводит к уменьшению концентрации молекул С12 примерно в 10 раз, в то время как атомов С1 -только в 3 раза, что соответствует увеличению степени диссоциации С12 в диапазоне 78 - 96%
В работе [57] проведено исследование параметров и состава плазмы С12/Аг при общем давлении 1 мтор методом оптической эмиссионной спектроскопии. Авторы также делают вывод, что при низких значениях вкладываемой мощности доминирующим процессом является диссоциация С12 прямым электронным ударом, в то время как при увеличении мощности доминирующими становятся высокоэнергетические процессы - ионизация и диссоциативная ионизация. Это подтверждается тем, что при вкладываемой мощности 350 Вт интенсивность излучения атомов С1 выше чем ионов С1+, однако при больших мощностях ситуация носит противоположный характер. Аналогичные изменения интенсивностей излучения происходят при снижении давления смеси, которое сопровождается ростом температуры электронов (2.5 - 4.0 эВ при 5.0 - 0.5 мтор) и ростом вклада высокопороговых процессов.
Немаловажно влияние газа-добавки и на сам процесс гетерогенного
взаимодействия плазма - полупроводник. В этом отношении, добавки
нежелательны, потому что в условиях плазменной обработки неизбежно
происходит микромаскирование поверхности полупроводника естественным
окислом, который плохо взаимодействует с атомарным хлором [17, 18, 36,
38]. За счет этого при больших долях добавки скорость может сильно
снижаться, несмотря на повышение степени диссоциации основного газа
тому же, сама разница в скоростях обработки поверхностей с окислом и без
него может существенно ухудшить показатель анизотропии и среднюю
шероховатость получаемых структур. Эти показатели в большинстве случаев