ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ, КОНЦЕНТРАЦИИ АКТИВНЫХ ЧАСТИЦ И КИНЕТИКА ТРАВЛЕНИЯ В СМЕСИ C4F8+Ar

  • Alexander M. Efremov Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Dmitry B. Murin Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Kwang H. Kwon Ивановский государственный химико-технологический университет
Ключевые слова: C4F8, скорость реакции, энергия ионов, концентрация, поток, травление, полимеризация

Аннотация

В данной работе представлены результаты комбинированных (экспериментальных и модельных) исследований характеристик газовой фазы и кинетики травления Si и SiO2 в плазме смеси C4F8 + Ar. Эксперименты проводились при постоянном общем давлении смеси (p = 6 мтор), вкладываемой мощности (W = 900 Вт) и мощности смещения (Wdc = 200 Вт), при этом соотношение компонентов C4F8/Ar варьировалось в диапазоне 0–75% Ar. Данные по внутренним параметрам плазмы, кинетике плазмохимических процессов и стационарным концентрациям частиц в газовой фазе получали при совместном использовании диагностики плазмы зондами Лангмюра и 0-мерного моделирования плазмы. Механизмы травления идентифицировали через анализ корреляций между измеренными скоростями травления и расчетными значениями плотностей потоков активных частиц (атомов F, полимеробразующих радикалов CFx и положительных ионов). Было найдено, что в исследованном диапазоне условий процессы травления Si и SiO2 в плазме смеси C4F8 + Ar 1) протекают в стационарной области; 2) имеют характерные черты ионно-стимулированной химической реакции в режиме травления, лимитируемом потоком нейтральных частиц; 3) не свободны от влияния толщины фторуглеродной полимерной пленки. Было показано, что влияние условий проведения процесса травления на величину эффективной вероятности взаимодействия атомов фтора с Si и SiO2 адекватно характеризуется отношениями плотность потока полимеробразующих радикалов / плотность потока атомов фтора и плотность потока полимеробразующих радикалов / плотность потока энергии ионов. <span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>

Литература

Makabe T., Petrovic Z. Plasma electronics: applications in microelectronic device fabrication. New York: Taylor & Francis. 2006. 330 p.

Rooth J.R. Industrial Plasma Engineering. Philadelphia: IOP Publishing LTD. 2001. 658 p.

Plasma Etching Processes for CMOS Devices Realization. London: ISTE Press – Elsevier. 2017. 125 p.

Wolf S., Tauber R.N. Silicon Processing for the VLSI Era. V. 1. Process Technology. New York: Lattice Press. 2000. 416 p.

Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing. New York: John Wiley & Sons Inc. 2005. 730 p.

Li X., Hua X., Ling L., Oehrlein G.S., Barela M., An-derson H.M. Fluorocarbon-based plasma etching of SiO2: Comparison of C4F6/Ar and C4F8/Ar discharges. J. Vac. Sci. Technol. A. 2002. V. 20. P. 2052-2061.

Matsui M., Tatsumi T., Sekine M. Relationship of etch reaction and reactive species flux in C4F8-Ar-O2 plasma for SiO2 selective etching over Si and Si3N4. J. Vac. Sci. Technol. A. 2001. V. 19. P. 2089-2096.

Standaert T.E.F.M., Hedlund C., Joseph E.A., Oehrlein G.S. Role of fluorocarbon film formation in the etching of silicon, silicon dioxide, silicon nitride, and amorphous hy-drogenated silicon carbide. J. Vac. Sci. Technol. A. 2004. V. 22. P. 53-60.

Son J., Efremov A., Yun S.J., Yeom G.Y., Kwon K.-H. Etching characteristics and mechanism of SiNx films for Nano-Devices in CH2F2/O2/Ar inductively coupled plasma: Effect of O2 mixing ratio. J. Nanosci. Nanotech. 2014. V. 14. P. 9534-9540.

Johnson E.O., Malter L. A floating double probe method for meas-urements in gas discharges. Phys. Rev. 1950. V. 80. P. 58-70.

Sugavara M. Plasma etching: Fundamentals and applica-tions. New York: Oxford University Press. 1998. 469 p.

Kwon K.-H., Efremov A., Kim M., Min N. K., Jeong J., Kim K. A model-based analysis of plasma parameters and composition in HBr/X (X=Ar, He, N2) inductively coupled plasmas. J. Electrochem. Soc. 2010. V. 157. P. H574-H579.

Efremov A., Min N.K., Choi B.G., Baek K.H., Kwon K.-H. Model-based analysis of plasma parameters and active species kinetics in Cl2/X (X=Ar, He, N2) inductively cou-pled plasmas. J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. P. D777-D782.

Lee J., Efremov A., Lee J., Yeom G.Y., Kwon K.-H. Silicon surface modification using C4F8+O2 plasma for nano-imprint lithography. J. Nanosci. Nanotech. 2015. V. 15. P. 8749-8755.

Chun I., Efremov A., Yeom G.Y., Kwon K.-H. A com-parative study of CF4/O2/Ar and C4F8/O2/Ar plasmas for dry etching applications. Thin Solid Films. 2015. V. 579. P. 136-143.

Kokkoris G., Goodyear A., Cooke M., Gogolides E. A global model for C4F8 plasmas coupling gas phase and wall surface reaction kinetics. J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. P. 195211-195222.

Rauf S., Ventzek P. L. G. Model for an inductively cou-pled Ar-C4F8 plasma discharge. J. Vac. Sci. Technol. A. 2002. V. 20. P. 14-23.

Lee J., Efremov A., Yeom G.Y., Lim N., Kwon K.-H. Application of Si and SiO2 etching mechanisms in CF4/C4F8/Ar inductively coupled plasmas for nanoscale patterns. J. Nanosci. Nanotech. 2015. V. 15. P. 8340-8347.

Tatsumi T., Hayashi H., Morishita S., Noda S., Okigawa M., Itabashi N., Nikisaka Y., Inoue M. Mechanism of radical control in capacitive RF plasma for ULSI pro-cessing. Jpn. J. Apl. Phys. 1998. V. 37. P. 2394-2405.

Efremov A.M., Kim D.-P., Kim C.-I. Simple model for ion-assisted etching using Cl2-Ar inductively coupled plasma: Effect of gas mixing ratio. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. V. 32. P. 1344-1351.

Lee J., Efremov A., Kwon K.-H. On the relationships between plasma chemistry, etching kinetics and etching residues in CF4+C4F8+Ar and CF4+CH2F2+Ar plasmas with various CF4/C4F8 and CF4/CH2F2 mixing ratios. Vacuum. 2018. V. 148. P. 214-223.

Gogolides E., Vauvert P., Kokkoris G., Turban G., Boudouvis A.G. Etching of SiO2 and Si in fluorocarbon plasmas: A detailed surface model accounting for etching and deposition. J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 88. P. 5570-5584.

Jin W., Vitale S.A., Sawin H.H. Plasma–surface kinetics and simulation of feature profile evolution in Cl2+HBr etching of polysilicon. J. Vac. Sci. Technol. A. 2002. V. 20. P. 2106-2115.

Li X., Ling L., Hua X., Fukasawa M., Oehrlein G.S., Barela M., Anderson H.M. Effects of Ar and O2 additives on SiO2 etching in C4F8-based plasmas. J. Vac. Sci. Tech-nol. A. 2003. V. 21. P. 284-295.

Опубликован
2019-02-07
Как цитировать
Efremov, A. M., Murin, D. B., & Kwon, K. H. (2019). ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ, КОНЦЕНТРАЦИИ АКТИВНЫХ ЧАСТИЦ И КИНЕТИКА ТРАВЛЕНИЯ В СМЕСИ C4F8+Ar. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 62(2), 31-37. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196202.5791
Раздел
ХИМИЯ неорганич., органич., аналитич., физич., коллоидная, высокомол. соединений

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)