Состав газовой фазы и кинетика атомов фтора в плазме SF6

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведено модельное исследование состава нейтральной и заряженной компонент плазмы SF6 в широком диапазоне концентраций электронов. Выявлены ключевые плазмохимические процессы, формирующие стационарные концентрации атомов фтора в условиях плазмы низкой и высокой плотности. Показано, что оптимизированные (сокращенные за счет не эффективных реакций) кинетические схемы обеспечивают удовлетворительное согласие результатов расчета с экспериментальными данными из литературных источников.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Мяконьких

ФГБУН Физико-технологический институт им. К. А. Валиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: miakonkikh@ftian.ru
Россия, Москва

В. О. Кузьменко

ФГБУН Физико-технологический институт им. К. А. Валиева РАН

Email: miakonkikh@ftian.ru
Россия, Москва

А. М. Ефремов

ФГБУН Физико-технологический институт им. К. А. Валиева РАН; АО «НИИ Молекулярной электроники»

Email: miakonkikh@ftian.ru
Россия, Москва; Зеленоград

К. В. Руденко

ФГБУН Физико-технологический институт им. К. А. Валиева РАН

Email: miakonkikh@ftian.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Wolf S., Tauber R. N., Silicon Processing for the VLSI Era. Volume 1. Process Technology, New York: Lattice Press, 2000.
  2. Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors, Tokyo: Springer International Publishing, 2015.
  3. Красников Г. Я. Возможности микроэлектронных технологий с топологическими размерами менее 5 нм, Наноиндустрия, 2020, т. 13, № S5–1(102), c. 13–19.
  4. Seidman L. A., Formation of three-dimensional structures in the silicon carbide substrates by plasma-chemical etching, Russian Microelectronics, 2016, Vol. 45, pp. 545–558.
  5. Osipov A. A., Aleksandrov S. E., Solov’ev Yu. V., Uvarov A. A., Osipov A. A., Etching of SiC in Low Power Inductively-Coupled Plasma, Russian Microelectronics, 2018, Vol. 47, No 6, pp. 427–433.
  6. Rudenko K. V., Myakon’kikh A. V., Orlikovsky A. A., Plasma etching of poly-Si/SiO2/Si structures: Langmuir-probe and optical-emission-spectroscopy monitoring, Russian Microelectronics, 2007, Vol. 36, No 3, pp. 179–192.
  7. Lieberman M. A., Lichtenberg A. J., Principles of plasma discharges and materials processing, New York: John Wiley & Sons Inc., 1994.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Oehrlein G. S. et al., Future of plasma etching for microelectronics: Challenges and opportunities, J. Vac. Sci. Technol. B., 2024, vol. 42, pp. 041501(1–53).
  13. Dussart R., Tillocher T., Lefaucheux P., Boufnichel M., Plasma cryogenic etching of silicon: from the early days to today’s advanced technologies, J. Phys. D: Appl. Phys., 2014, vol. 47, pp. 123001(1–27).
  14. Rudenko M. K., Myakon’kikh A. V., Lukichev V. F., Monte Carlo Simulation of Defects of a Trench Profile in the Process of Deep Reactive Ion Etching of Silicon, Russian Microelectronics, 2019, Vol. 48, No 3, pp. 157–166.
  15. Kokkoris G., Panagiotopoulos A., Goodyear A., Cooke M., Gogolides E., A global model for SF6 plasmas coupling reaction kinetics in the gas phase and on the surface of the reactor walls, J. Phys. D: Appl. Phys., 2009, vol. 42, pp. 055209(1–15).
  16. Lallement L., Rhallabi A., Cardinaud C., Peignon-Fernandez M. C., Alves L. L., Global model and diagnostic of a low-pressure SF6/Ar inductively coupled plasmа, Plasma Sources Sci. Technol., 2009, vol. 18, pp. 025001 (1–10).
  17. Mao M., Wang Y. N., Bogaerts A., Numerical study of the plasma chemistry in inductively coupled SF6 and SF6/Ar plasmas used for deep silicon etching applications, J. Phys. D: Appl. Phys., 2011, vol. 44, pp. 435202(1–15).
  18. Yang W., Zhao S.-X., Wen D.-Q., Liu W., Liu Y.-X., Li X.-C., Wang Y.-N. F-atom kinetics in SF6/Ar inductively coupled plasmas, J. Vac. Sci. Technol. A., 2016, vol. 34, pp. 031305(1–12).
  19. Ryan K. R., Plumb I. C., A model for the etching of silicon in SF6/O2 plasmas, Plasma Chem. Plasma Proc., 1990, vol. 10(2), pp. 207–229.
  20. Pateau A., Rhallabi A., Fernandez M.-C., Boufnichel M., Roqueta F., Modeling of inductively coupled plasma SF6/O2/Ar plasma discharge: Effect of O2 on the plasma kinetic properties, J. Vac. Sci. Technol. A., 2014, vol. 32, pp. 021303(1–10).
  21. Christophorou L. G., Olthoff J. K., Electron interactions with SF6, J. Phys. Chem. Ref. Data, 2000, vol. 29(3), pp. 267–330.
  22. Chantry P. J., A simple formula for diffusion calculations involving wall reflection and low density, J. Appl. Phys., 1987, vol. 62, pp. 1141–1148.
  23. Hsu C. C., Nierode M. A., Coburn J. W., Graves D. B., Comparison of model and experiment for Ar, Ar/O2 and Ar/O2/Cl2 inductively coupled plasmas, J. Phys. D: Appl. Phys., 2006, vol. 39(15), pp. 3272–3284.
  24. Tinck S., Boullart W., Bogaerts A. Modeling Cl2/O2/Ar inductively coupled plasmas used for silicon etching: effects of SiO2 chamber wall coating, Plasma Sources Sci. Technol., 2011, vol. 20, pp. 045012(1–13).
  25. Lee C., Lieberman M. A., Global model of Ar, O2, Cl2, and Ar/O2 high-density plasma discharges, J. Vac. Sci. Technol. A., 1995, vol. 13, pp. 368–380.
  26. Efremov A., Lee J., Kwon K.-H., A comparative study of CF4, Cl2 and HBr + Ar inductively coupled plasmas for dry etching applications, Thin Solid Films, 2017, vol. 629, pp. 39–48.
  27. 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.
  28. 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. V. 50. pp. 075202 (1–17).
  29. Donnelly V. M., Reactions of fluorine atoms with silicon, revisited, again, J. Vac. Sci. Technol. A., 2017, vol. 35, pp. 05C202(1–9).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Константы скоростей реакций под действием электронного удара с участием молекул SF6, приводящие к образованию нейтральных (а) и заряженных (б) продуктов. На рис. б): сплошные линии – ионизация, пунктир – прилипание. Числовые метки на сплошных кривых соответствуют номеру реакции в табл. 1 и 2.

Скачать (105KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрации нейтральных частиц (а) и кинетика образования атомов фтора (б) при = 3 эВ. Числовые метки на сплошных кривых рис. б) соответствуют номеру реакции в табл. 1 и 2, при этом число в скобках отражает значение параметра «х» в формуле SFx. Пунктирная линия показывает суммарную скорость образования атомов.

Скачать (124KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение расчетных (пунктир) и экспериментальных (сплошная линия + символы) концентраций атомов фтора из работ [15] (а) и [16] (б). Обе экспериментальные кривые на рис. а) соответствуют одинаковым условиям возбуждения плазмы, но получены при различных значениях актинометрического коэффициента.

Скачать (60KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Концентрации положительных (а) и отрицательных (б) ионов при = 3 эВ. Пунктирная линия показывает суммарную концентрацию.

Скачать (109KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024