ПАРАМЕТРЫ И СОСТАВ ПЛАЗМЫ CF4 + O2 + Ar И CHF3 + O2 +Ar В ПРОЦЕССАХ РЕАКТИВНО-ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ

  • Alexander M. Efremov Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Alexander M. Sobolev Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Vladimir B. Betelin Научно-исследовательский институт системных исследований РАН
  • Kwang-Ho Kwon Korea University
Ключевые слова: реактивно-ионное травление, плазма, диссоциация, ионизация, полимеризация, кинетика, механизм

Аннотация

Проведен сравнительный анализ плазменных систем CF4+O2+Ar и CHF3+O2+Ar в условиях, характерных для процессов реактивно-ионного травления кремния и его соединений. Данные по внутренним параметрам плазмы, кинетике плазмохимических процессов и стационарному составу газовой фазы были получены при анализе описания диагностики плазмы зондами Лангмюра и 0-мерной (глобальной) модели плазмы. Как описано в литературе, условия эксперимента и моделирования соответствовали постоянным значениям общего давления плазмообразующего газа, вкладываемой мощности и мощности смещения. В результате выполнения работы: 1) установлены механизмы влияния кислорода на стационарные концентрации активных частиц через кинетику процессов при электронном ударе и реакции атомно-молекулярного взаимодействия; 2) выявлены особенности кинетики атомов фтора и фторуглеродных радикалов, формирующих  химическую активность и полимеризационную нагрузку плазмы на контактирующие с ней поверхности и 3) проведен модельный анализ кинетики гетерогенных процессов (травление, полимеризация, деструкция полимерной пленки), определяющих режим травления и его выходные характеристики. Установлено, что замещение аргона на кислород в обеих смесях: 1) приводит к монотонному росту концентрации атомов фтора; 2) сопровождается снижением полимеризационной нагрузки газовой фазы на контактирующие с ней поверхности и 3) вызывает резкое (до двух порядков величины при ~ 20% О2) уменьшение толщины фторуглеродной полимерной пленки при сохранении более высоких значений для системы CHF3+O2+Ar.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Биография автора

Alexander M. Efremov, Ивановский государственный химико-технологический университет
 

Литература

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

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

Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors. Tokyo: Springer Internat. Publ. 2015. 116 p.

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

Gatzert C., Blakers A.W., Deenapanray P. N. K., Macdonald D., Auret F.D. Investigation of reactive ion etching of dielectrics and Si in CHF3/O2 or CHF3/Ar for photovoltaic applications. J. Vac. Sci. Technol. A. 2006. V. 24. P. 1857-1865. DOI: 10.1116/1.2333571.

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

Gaboriau F., Cartry G., Peignon M-C., Cardinaud Ch. Selective and deep plasma etching of SiO2: Comparison between different fluorocarbon gases (CF4, C2F6, CHF3) mixed with CH4 or H2 and influence of the residence time. J. Vac. Sci. Technol. B. 2002. V. 20. P. 1514-1521. DOI: 10.1116/1.1495502.

Kimura T., Ohe K. Model and probe measurements of inductively coupled CF4 discharges. J. Appl. Phys. 2002. V. 92. P. 1780-1787. DOI: 10.1063/1.1491023.

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. 10. P. 8340-8347. DOI: 10.1166/jnn.2015.11256.

Efremov A. M., Kim D.-P., Kim C.-I. Effect of gas mixing ratio on gas-phase composition and etch rate in an inductively coupled CF4/Ar plasma. Vacuum. 2004. V. 75. P. 133-142. DOI: 10.1016/j.vacuum.2004.01.077.

Ефремов А. М., Мурин Д. Б., Kwon K.-H. Параметры плазмы и кинетика активных частиц в смесях CF4 (CHF3) + Ar переменного начального состава. Микроэлектроника. 2018. Т. 47. № 6. С. 414-423. DOI: 10.31857/S054412690002767-0. Efremov A.M., Murin D.B., Kwon K.-H. Plasma parameters and kinetics of active particles in CF4 (CHF3) + Ar mixtures of variable initial composition. Mikroelektronika. 2018. V. 47. N 6. P. 414-423. (in Russian). DOI: 10.31857/S054412690002767-0.

Proshina O., Rakhimova T.V., Zotovich A., Lopaev D.V., Zyryanov S.M., Rakhimov A.T. Multifold study of volume plasma chemistry in Ar/CF4 and Ar/CHF3 CCP dis-charges. Plasma Sources Sci. Technol. 2017. V. 26. P. 075005. DOI: 10.1088/1361-6595/aa72c9.

Ho P., Johannes J.E., Buss R.J. Modeling the plasma chemistry of C2F6 and CHF3 etching of silicon dioxide, with comparisons to etch rate and diagnostic data. J. Vac. Sci. Technol. A. 2001. V. 19. P. 2344-2367. DOI: 10.1116/1.1387048.

Bose D., Rao M.V.V.S., Govindan T.R., Meyyappan M. Uncertainty and sensitivity analysis of gas-phase chemistry in a CHF3 plasma. Plasma Sources Sci. Technol. 2003. V. 12. P. 225-234. DOI: 10.1088/0963-0252/12/2/314.

Efremov A., Lee J., Kim J. On the control of plasma parameters and active species kinetics in CF4+O2+Ar gas mixture by CF4/O2 and O2/Ar mixing ratios. Plasma Chem. Plasma Proc. 2017. V. 37. P. 1445–1462. DOI: 10.1007/s11090-017-9820-z.

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. DOI: 10.1166/jnn.2014.10182.

Singh S.B., Chand N., Patil D.S. Langmuir probe diagnostics of microwave electron cyclotron resonance (ECR) plasma. Vacuum. 2008. V. 83. P. 372-377. DOI: 10.1016/j.vacuum.2008.05.030.

Shun’ko E.V. Langmuir probe in theory and practice. Boca Raton: Universal Publishers. 2008. 245 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. DOI: 10.1149/1.3362943.

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. DOI: 10.1149/1.2993160.

Lim N., Efremov A., Yeom G.Y., Kwon K-H. On the etching characteristics and mechanisms of HfO2 thin films in CF4/O2/Ar and CHF3/O2/Ar Plasma for Nano-Devices. J. Nanosci. Nanotechnol. 2014. V. 14. N 12. P. 9670-9679. DOI: 10.1166/jnn.2014.10171.

NIST Chemical Kinetics Database. https://kinetics.nist.gov/kinetics/welcome.jsp (25.03.2019).

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. Doi: 10.1116/1.1626642.

Biederman H. Plasma polymer films. London: Imperial College Press. 2004. 373 p.

Kay E., Coburn J., Dilks A. Plasma chemistry of fluorocarbons as related to plasma etching and plasma polymerization. In: Plasma Chemistry III. Topics in Current Chemistry. Ed. by S. Veprek, M. Venugopalan. V. 94. Berlin, Heidelberg: Springer. 2006. P. 1-44.

Jansen H., Gardeniers H., de Boer M., Elwenspoek M., Fluitman J. A survey on the reactive ion etching of silicon in microtechnology. J. Micromech. Microeng. 1996. V. 6. P. 14-28. DOI: 10.1088/0960-1317/6/1/002.

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.

Efremov A.M., Kim D.P., Kim C.I. Simple model for ionassisted etching using Cl2-Ar inductively coupled plasma: effect of gas mixing ratio. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. V. 32. P. 1344-1351. DOI: 10.1109/TPS.2004.828413.

Turban G., Grolleau B., Launay P., Briaud P. A mass spectrometric diagnostic of C2F6 and CHF3 plasmas during etching of SiO2 and Si. Revue Phys. Appl. 1985. V. 20. P. 609-620. DOI: 10.1051/rphysap:01985002008060900.

Takahashi K., Hori M., Goto T. Characteristics of fluorocarbon radicals and CHF3 molecule in CHF3 electron cyclotron resonance downstream plasma. Jpn. J. Appl. Phys. 1994. V. 33. P. 4745-4758. DOI: 10.1143/JJAP.33.4745.

Опубликован
2019-12-08
Как цитировать
Efremov, A. M., Sobolev, A. M., Betelin, V. B., & Kwon, K.-H. (2019). ПАРАМЕТРЫ И СОСТАВ ПЛАЗМЫ CF4 + O2 + Ar И CHF3 + O2 +Ar В ПРОЦЕССАХ РЕАКТИВНО-ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 62(12), 108-118. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196212.6032
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)