Параметры плазмы и кинетика травления Si/SiO2 в смесях фторуглеродных газов с аргоном и гелием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено сравнительное исследование электрофизических параметров плазмы, концентраций атомов фтора, а также кинетики реактивно-ионного травления Si и SiO2 в смесях CF4 + Ar/He, CHF3 + Ar/He и C4F8 + Ar/He переменного (0–45% He) начального состава. Установлено, что замещение Ar на He при постоянном содержании фторуглеродного компонента а) возмущает характеристики электронной компоненты плазмы; б) практически не влияет на интенсивность ионной бомбардировки обрабатываемой поверхности; и в) приводит к снижению скоростей травления Si и SiO2 на фоне аналогичного изменения концентрации атомов фтора. Показано, что доминирующим механизмом травления всегда является гетерогенная химическая реакция, эффективная вероятность которой увеличивается (в плазме CF4) или сохраняет неизменное значение (в плазме CHF3 и C4F8) с ростом доли гелия в плазмообразующем газе. Сделаны предположения о механизмах процессов, обуславливающих эти эффекты.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. М. Ефремов

НИИМЭ

Автор, ответственный за переписку.
Email: amefremov@mail.ru
Россия, Зеленоград

В. Б. Бетелин

ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН

Email: amefremov@mail.ru
Россия, Москва

K. -H. Kwon

Korea University

Email: amefremov@mail.ru
Республика Корея, Sejong 339-700

Список литературы

  1. Wolf S., Tauber R. N., Silicon Processing for the VLSI Era. Volume 1. Process Technology, New York: Lattice Press, 2000.
  2. Roosmalen J., Baggerman J. A. G., and H. Brader S. J., Dry etching for VLSI, New-York: Plenum Press, 1991.
  3. Красников Г. Я. Возможности микроэлектронных технологий с топологическими размерами менее 5 нм, Наноиндустрия, 2020, т. 13, № S5–1(102), c. 13–19.
  4. Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors, Tokyo: Springer International Publishing, 2015.
  5. Lieberman M. A., Lichtenberg A. J., Principles of plasma discharges and materials processing, New York: John Wiley & Sons Inc., 1994.
  6. Kay E., Coburn J., Dilks A., Plasma chemistry of fluorocarbons as related to plasma etching and plasma polymerization. In: Veprek S., Venugopalan M. (eds) Plasma Chemistry III. Topics in Current Chemistry, vol. 94, Berlin, Heidelberg: Springer, 1980.
  7. Stoffels W. W., Stoffels E., Tachibana K., Polymerization of fluorocarbons in reactive ion etching plasmas, J. Vac. Sci. Tech. A., 1998, vol. 16, pp. 87–95.
  8. 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, vol. 22, pp. 53–60.
  9. 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, vol. 17, pp. 26–37.
  10. Efremov A. M., Murin D. B., Kwon K.-H., Concerning the Effect of Type of Fluorocarbon Gas on the Output Characteristics of the Reactive-Ion Etching Process, Russian Microelectronics, 2020, vol. 49, No. 3, pp. 157–165.
  11. Efremov A. M., Murin D. B., Kwon K.-H., Features of the Kinetics of Bulk and Heterogeneous Processes in CHF3 + Ar and C4F8 + Ar Plasma Mixtures, Russian Microelectronics, 2019, vol. 48, No. 2, pp. 119–127.
  12. Kimura T., Ohe K., Probe measurements and global model of inductively coupled Ar/CF4 discharges, Plasma Sources Sci. Technol., 1999, vol. 8, p. 553–561.
  13. Rauf S., Ventzek P. L., Model for an inductively coupled Ar/c-C4F8 plasma discharge, J. Vac. Sci. Technol. A., 2002, vol. 20, pp. 14–23.
  14. 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 discharges. Plasma Sources Sci. Technol., 2017, vol. 26, p. 075005(1–18).
  15. Efremov A., Lee B. J., Kwon K.-H., On relationships between gas-phase chemistry and reactive-ion etching kinetics for silicon-based thin films (SiC, SiO2 and SixNy) in multi-component fluorocarbon gas mixtures, Materials, 2021, vol. 14, pp. 1432(1–27).
  16. Efremov A., Son H. J., Choi G., Kwon K.-H., On Mechanisms Influencing Etching/Polymerization Balance in Multi-Component Fluorocarbon Gas Mixtures, Vacuum, 2022, vol. 206, p. 111518(1–10).
  17. Choi G., Efremov A., Son H. J., Kwon K.-H., Noble gas effect on ACL etching selectivity to SiO2 films, Plasma Processes and Polymers, 2023, vol. 20, No. 8, p. e2300026 (1–9).
  18. Choi G., Efremov A., Lee D.-K., Cho C.-H., Kwon K.-H., On Mechanisms to Control SiO2 Etching Kinetics In Low-Power Reactive-Ion Etching Process Using CF4 + C4F8 + Ar + He Plasma, Vacuum, 2023, vol. 216, p. 112484(1–10).
  19. Mutsukura N., Shimada M., Plasma diagnostics and processings in CF4/He radio frequency discharge, J. Vac. Sci. Technol. A, 1997, vol. 15, p. 1828–1831.
  20. Iwase K., Selvin P. C., Sato G., Fujii T., Mass spectrometric studies of ionic products in CF4/He and CF4/O2/He microwave discharge plasmas, J. Phys. D: Appl. Phys., 2002, vol. 35, p. 1934–1945.
  21. Shun’ko E. V., Langmuir Probe in Theory and Practice, Boca Raton: Universal Publishers, 2008.
  22. Lopaev D.V., Volynets A. V., Zyryanov S. M., Zotovich A. I., Rakhimov A. T., Actinometry of O, N and F atoms, J. Phys. D: Appl. Phys, 2017, vol. 50. p. 075202(1–17).
  23. Gottscho R. A., Miller T. A., Optical techniques in plasma diagnostics, Pure Appl. Chem., 1984, vol. 56, No. 2, p. 189–208.
  24. 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, vol. 11, p. 1243–1257.
  25. Seah M. P., Nunney T. S., Sputtering yields of compounds using argon ions, J. Phys. D: Appl. Phys., 2010, vol. 43, No. 25, pp. 253001(1–24).
  26. Coburn J.W., Plasma etching and reactive ion etching, New York: AVS Monograph Series, 1982.
  27. Donnelly V. M., Kornblit A., Plasma etching: Yesterday, today, and tomorrow, J. Vac. Sci. Technol. A, 2013, vol. 31, No. 5, p. 050825(1–48).
  28. Efremov A. M., Betelin V. B., Kwon K.-H., On the Mechanisms Regulating the Plasma Composition and Kinetics of Heterogeneous Processes in a CF4 + CHF3 + + Ar Mixture, Russian Microelectronics, 2022, Vol. 51, No. 5, p. 302–310.
  29. Ефремов А. М., Бетелин В. Б., Медников К. А., Kwon K.-H., Параметры газовой фазы и режимы реактивно-ионного травления Si и SiO2 в бинарных смесях Ar + CF4/C4F8, Известия вузов. Химия и хим. технология, 2021, т. 64, No. 6, c. 25–34.
  30. 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. B, 2001, vol. 19, p. 2344–2363.
  31. Vasenkov A. V., Li X., Oehlein 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, vol. 22, p. 511–530.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Температура электронов (а), плотность ионного тока (б), отрицательное смещение на обрабатываемой поверхности (в) и параметр , отслеживающий изменение интенсивности ионной бомбардировки (г), в смесях CF4 + Ar/He, CHF3 + Ar/He и C4F8 + Ar/He в зависимости от содержания гелия в плазмообразующем газе.

Скачать (216KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Интенсивности излучения аналитических линий (а, б, в) и концентрации атомов фтора (г) в смесях CF4 + + Ar/He, CHF3 + Ar/He и C4F8 + Ar/He в зависимости от содержания гелия в плазмообразующем газе.

Скачать (199KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Скорость травления (а, в, д) и эффективная вероятность гетерогенной химической реакции (б, г, е) в смесях CF4 + Ar/He, CHF3 + Ar/He и C4F8 + Ar/He в зависимости от содержания гелия в плазмообразующем газе. Пунктирные линии на рис. а), в) и д) представляют химическую составляющую скорости травления.

Скачать (317KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024