ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ И КИНЕТИКА ТРАВЛЕНИЯ SiO2 В СМЕСИ C4F8 + Ar + O2

  • Alexander M. Efremov ФГБОУ ВО «Ивановского государственного химико-технологического университета»
  • Vladimir B. Betelin Научно-исследовательский институт системных исследований РАН
  • Kwang-Ho Kwon Korea University
Ключевые слова: SiO2, травление, полимеризация, поток атомов фтора, поток энергии ионов, эффективная вероятность взаимодействия, выход травления

Аннотация

Проведено исследование влияния соотношения Ar/O2 на параметры плазмы, стационарные концентрации активных частиц и кинетику травления SiO2 в трехкомпонентной смеси C4F8+Ar+O2 в условиях, характерных для процессов реактивно-ионного травления (индукционный 13,56 МГц ВЧ разряд, общее давление газа 6 мТорр, вкладываемая мощность 700 Вт и мощность смещения 200 Вт). Алгоритм исследования сочетал измерения скоростей травления, диагностику плазмы зондами Лангмюра и 0-мерную (глобальную) модель плазмы для получения данных по стационарным концентрациям и плотностям потоков активных частиц. Было найдено, что полное замещение аргона на кислород при постоянном содержании фторуглеродного компонента (фактически, переход от системы 50% C4F8 + 50% Ar к 50% C4F8 + 50% O2): 1) характеризуется слабым немонотонным (с максимумом) изменением скорости травления SiO2 с близкими абсолютными значениями в точках с нулевыми содержаниями O2 и Ar; 2) вызывает монотонное снижение плотностей потоков атомов фтора и энергии ионов; 3) способствует снижению толщины фторуглеродной полимерной пленки на обрабатываемой поверхности за счет ее окислительной деструкции. Модельный анализ кинетики травления позволил заключить, что увеличение эффективной вероятности взаимодействия в гетерогенном процессе SiO2 + F противоречит поведению плотности потока энергии ионов, но качественно согласуется с изменением параметров газовой фазы, отслеживающих толщину фторуглеродной полимерной пленки. Таким образом, рост содержания кислорода в плазмообразующей смеси влияет на эффективную вероятность взаимодействия за счет снижения толщины фторуглеродной полимерной пленки и облегчения доступа атомов F к обрабатываемой поверхности.

Литература

Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors. Tokyo: Springer International Publishing. 2015. 116 p.

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

Advanced plasma processing technology. New York: John Wiley & Sons Inc. 2008. 479 p.

Donnelly V. M., Kornblit A. Plasma etching: Yesterday, today, and tomorrow. J. Vac. Sci. Technol. 2013. V. 31. P. 050825-48. DOI: 10.1116/1.4819316.

Standaert T.E.F.M., Hedlund C., Joseph E.A., Oehrlein G.S., Dalton T.J. Role of fluorocarbon film formation in the etching of silicon, silicon dioxide, silicon nitride, and amorphous hydrogenated silicon carbide. J. Vac. Sci. Technol. A. 2004. V. 22. P. 53-60. DOI: 10.1116/1.1626642.

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. DOI: 10.1116/1.1376709.

Kastenmeier B.E.E., Matsuo P.J., Oehrlein G.S. Highly selective etching of silicon nitride over silicon and silicon dioxide. J. Vac. Sci. Technol. A. 1999. V. 17. P. 3179-3184. DOI: 10.1116/1.582097.

Chen L., Xu L., Li D., Lin B. Mechanism of selective Si3N4 etching over SiO2 in hydrogen-containing fluorocar-bon plasma. Microelectron. Eng. 2009. V. 86. P. 2354-2357. DOI: 10.1016/j.mee.2009.04.016.

Schaepkens M., Standaert T.E.F.M., Rueger N.R., Sebel P.G.M., Oehrlein G.S., Cook J.M. Study of the SiO2-to-Si3N4 etch selectivity mechanism in inductively coupled fluorocarbon plasmas and a comparison with the SiO2-to-Si mechanism. J. Vac. Sci. Technol. A. 1999. V. 17. P. 26-37. DOI: 10.1116/1.582108.

Son J., Efremov A., Chun I., Yeom G.Y., Kwon K.-H. On the LPCVD-Formed SiO2 Etching Mechanism in CF4/Ar/O2 Inductively Coupled Plasmas: Effects of Gas Mixing Ratios and Gas Pressure. Plasma Chem. Plasma Proc. 2014. V. 34. P. 239-257. DOI: 10.1007/s11090-013-9513-1.

Handbook of Chemistry and Physics. New York: CRC Press. 2014. 2704 p.

Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing. New York: John Wiley & Sons Inc. 2005. 757 p.

Kimura T., Noto M. Experimental study and global model of inductively coupled CF4/O2 discharges. J. Appl. Phys. 2006. V. 100. P. 063303 (1-8). DOI: 10.1063/1.2345461.

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. Technol. A. 2003. V. 21. P. 284-293. DOI: 10.1116/1.1531140.

Shankaran A., Kushner M.J. Etching of porous and solid SiO2 in Ar/c-C4F8, O2/c-C4F8 and Ar/O2/c-C4F8 plasmas. J. Appl. Phys. 2005. V. 97. P. 023307 (1-10). DOI: 10.1063/1.1834979.

Shun’ko E.V. Langmuir probe in theory and practice. Boca Raton: Universal Publishers. 2008. 245 p.

Chun I., Efremov A., Yeom G.Y., Kwon K.-H. A comparative study of CF4/O2/Ar and C4F8/O2/Ar plasmas for dry etching applications. Thin Solid Films. 2015. V. 579. P. 136-148. DOI: 10.1016/j.tsf.2015.02.060.

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. Nanotechnol. 2015. V. 15. P. 8340-8347. DOI: 10.1166/jnn.2015.11256.

Rauf S., Ventzek P.L.G. Model for an inductively coupled Ar/c-C4F8 plasma discharge. J. Vac. Sci. Technol. A. 2002. V. 20. P. 14-23. DOI: 10.1116/1.1417538.

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 (1-12). DOI: 10.1088/0022-3727/41/19/195211.

Vasenkov A.V., Li X., Oehrlein G.S., Kushner M.J. Properties of c-C4F8 inductively coupled plasmas. II. Plasma chemistry and reaction mechanism for modeling of Ar/c-C4F8/O2 discharges. J. Vac. Sci. Technol. A. 2004. V.22. P. 511-529. DOI: 10.1116/1.1697483.

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. 2106-2114. DOI: 10.1116/1.1517993.

Gray D.C., Tepermeister I., Sawin H.H. Phenomenological modeling of ion-enhanced surface kinetics in fluorine-based plasma-etching. J. Vac. Sci. Technol. B. 1993. V. 11. P. 1243-1257. DOI: 10.1116/1.586925.

Li X., Hua X., Ling L., Oehrlein G.S., Barela M., Anderson 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. DOI: 10.1116/1.1517256.

Опубликован
2020-05-13
Как цитировать
Efremov, A. M., Betelin, V. B., & Kwon, K.-H. (2020). ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ И КИНЕТИКА ТРАВЛЕНИЯ SiO2 В СМЕСИ C4F8 + Ar + O2. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 63(6), 37-43. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206306.6163
Раздел
ХИМИЯ неорганич., органич., аналитич., физич., коллоидная, высокомол. соединений