Исследование кинетики реактивного ионного травления тонкопленочного ниобата лития во фторсодержащей плазме

Аннотация

Проведено исследование кинетических закономерностей реактивного ионного травления (РИТ) тонкопленочного ниобата лития (НЛ) X-среза в комбинированной плазме ICP/CCP разрядов в газовой смеси SF6 / Ar без учета реальной структуры кристалла НЛ. В работе приведено описание механизма РИТ, в том числе на основании представлений о травлении НЛ с образованием нелетучих продуктов реакции (LiF) как топохимической реакции (ТХР). В ходе исследования кинетических закономерностей РИТ строились серии кривых, отражающих зависимости скорости РИТ от параметров процесса. Использовались методы оптической спектральной рефлектометрии, рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии (EDS), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Показано, что скорость РИТ обратно пропорциональна давлению в ходе процесса и падает на порядок при увеличении давления с 0.005 мбар до 0.1 мбар. Впервые выявлена закономерность, показывающая, что при давлениях ниже 0.08 мбар скорость РИТ достигает максимума при процентных содержаниях SF6 ≈ 5%. Предложено объяснение наличия экстремума при данных процентных содержаниях SF6 на основе теории кинетики адсорбции Ленгмюра. Также были показаны линейные зависимости скорости РИТ тонкопленочного НЛ от мощностей на источниках ICP и CCP. Впервые были продемонстрированы временные зависимости РИТ на разных стадиях ТХР. Методом XPS было показано, что при РИТ на стадии индукционного периода ТХР происходит «скрытое» протекание реакции, вероятно, только в пределах разрушенного ионной бомбардировкой приповерхностного слоя кристаллической решетки НЛ. В то время как на стадии роста скорости ТХР наблюдается «объемный» рост LiF на поверхности НЛ, детектируемый при помощи СЭМ и EDS. Впервые было показано влияние нагрева НЛ плазмой на переход между индукционным периодом и стадией роста скорости ТХР.