Кинетика и механизмы взаимодействия неравновесной низкотемпературной плазмы хлора и хлороводорода с алюминием и арсенидом галлия

• Автор: Дунаев, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Применение плазмы хлора и хлороводорода в технологии Микроэлектроники

1.2. Параметры и состав плазмы хлора и хлороводорода

1.3. Обзор данных по травлению А1 в плазме С, НС1 и их смесей

с инертными и молекулярными газами

1.4. Обзор данных по травлению ваАв в плазме С, НС1 и их смесей

с инертными и молекулярными газами

1.5. 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 концентрации активных частиц в исследованных газовых средах
2.4. Методики 1равиметрического и спектрального исследования кинетики взаимодействия плазмы с А1 и ОаАэ.
2.5. Методика математического моделирования плазмы
2.6. Методика исследования поверхности обрабатываемых образцов .
2.7. Погрешности измерений и расчетов
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
3.1. Электрофизические параметры и концентрации активных частиц
в плазме С и НС1 .
3.2. Кинетика взаимодействия плазмы С и ЫС1 с алюминием
и арсенидом галлия .
3.3. Влияние условий разряда на скорости травления алюминия
и арсенида галлия в плазме НС1
3.4. Спектры излучения плазмы при травлении арсенида галлия в плазме С и НС1
3.5. Заключение
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Возможные процессы и закономерности образования и гибели всех типов указанных частиц неоднократно рассматривались в литературе , в том числе и применительно к плазме электроотрицательных газов, включая хлорсодержащие соединения вида ССЦ, III з. В информационном плане всю совокупность работ, посвященных изучению свойств разряда в НС1, можно разделить на две группы. Вопервых, это работы чисто прикладного технологического характера, касающиеся исследования макроскопических характеристик травления скорость, селективность, анизотропия и шероховатость поверхности. Приводимые здесь данные, как правило, относятся к узкому диапазону параметров по давлению, мощности и расход газа и не несут информации о физикохимических закономерностях, протекающих при этом процессов. Рассмотрим наиболее характерные из упомянутых публикаций. Параметры и состав плазмы хлора и хлороводорода. Низкотемпературная неравновесная газоразрядная плазма ННГГ представляет собой слабоионизованный газ при давлениях 13 Па со степенью ионизации 53. Средняя энергия электронов составляет 1ЮэВ, концентрация электронов 9, см3, а средняя энергия тяжелых частиц атомов, молекул и ионов ниже в среднем на два порядка величины. Состояние Те Т поддерживается при относительно небольшом выделении джоулевой теплоты за счет высокой теплоемкости тяжелых частиц и быстрого уноса теплоты из зоны разряда 5, . К внешним задаваемым параметрам плазмы относятся тип плазмообразующего газа, его давление и скорость потока через реактор, ток разряда в случае ВЧ разряда удельная мощность, вкладываемая в разряд, а также геометрия плазмохимического реактора и его конструкционные материалы. Стационарное состояние плазмы электрофизические параметр,, концентрации частиц и плотности их потоков на поверхность определяется кинетикой процессов при электронном ударе , , которая, в свою очередь, зависит от функции распределения электронов по энергиям ФРЭЭ. К внутренним параметрам, определяющим вид ФРЭЭ, следует отнести и приведенную напряженность электрического поля или Ер , где общая концентрация нейтральных частиц в реакторе, р давление газа, транспортные коэффициенты электронов, а также первичный состав нейтральных частиц . Величина Е и другие внутренние параметры устанавливаются на уровне, обеспечивающем баланс скоростей образования и гибели заряженных частиц. Таким образом, ННГП является сложной самоорганизующейся и самосогласованной системой, в которой внутренние параметры, определяющие кинетику
и механизмы плазменных процессов, сами зависят от скоростей и направлений этих процессов. В работах , , , проведен анализ механизмов процессов образования и гибели активных частиц в плазме хлора и предложена общая кинетическая схема процессов табл. В качестве активных частиц плазмы рассматривают не только молекулы и атомы хлора в основном состоянии, но и колебательно и электронновозбужденные молекулы СЬ, а также электронновозбужденные атомы. Электронновозбужденные частицы достаточно быстро гибнут в излучательных процессах, причем такая дезактивация молекул часто сопровождается диссоциацией С1 и С не имеют долгоживущих метастабильных состояний , . Время жизни колебательновозбужденных молекул хлора СЬ находится в интервале 6 с. Образование электронов в плазме СЬ происходит в результате прямой ионизации молекул и атомов Ю, Я8, в процессе отрыва электрона от отрицательного иона ЯЛ 0, Я, а также в процессе диссоциативной ионизации 2 , , . Реакция Ю7 требует пороговой энергии 3. В , следовательно при температурах газа 00 К скорость ее крайне невелика. Коэффициент скорости ИЮ близок к аналогичным величинам для реакций Ю и Я8 , , однако скорость Ю0 значительно ниже вследствие существенных различий в концентрациях ионной и нейтральной компоненты плазмы 7, . Высокая пороговая энергия и низкое сечение Я2 приводят к тому, что коэффициент скорости примерно на два порядка величины ниже коэффициентов скоростей Ю и 8 , . Гибель электронов происходит в процессах диссоциативного прилипания к молекулам СЬ Я4, электронионной рекомбинации ЮЗ, Ю4, а также при диффузии на стенку газоразрядной трубки .