Научная статья на тему 'Параметры и состав плазмы CF4 + O2 + Ar и CHF3 + O2 +Ar в процессах реактивно-ионного травления'

Параметры и состав плазмы CF4 + O2 + Ar и CHF3 + O2 +Ar в процессах реактивно-ионного травления Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
214
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕАКТИВНО-ИОННОЕ ТРАВЛЕНИЕ / ПЛАЗМА / ДИССОЦИАЦИЯ / ИОНИЗАЦИЯ / ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ / КИНЕТИКА / МЕХАНИЗМ / REACTIVE-ION ETCHING / PLASMA / DISSOCIATION / IONIZATION / POLYMERIZATION / KINETICS / MECHANISMS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Ефремов Александр Михайлович, Соболев Александр Михайлович, Бетелин Владимир Борисович, Kwon Kwang-Ho

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PLASMA PARAMETERS AND COMPOSITION IN CF4 + O2 + Ar AND CHF3 + O2 +Ar IN REACTIVE ION ETCHING PROCESSES

The comparative analysis of both CF4+O2+Ar and CHF3+O2+Ar plasma systems under the typical conditions of reactive ion etching of silicon and silicon-based compounds was carried out. The data on internal plasma parameters, plasma chemistry as well as the steady-state plasma composition were obtained using a description of Langmuir probe diagnostics and 0-dimensional (global) plasma modeling. As a presented in the literature, both experimental and modeling procedures were carried out at constant total gas pressure, input power, bias power. The obtained results allowed one 1) to figure out the influence of oxygen on steady-state densities of plasma active species through the kinetics of both electron-impact and atom-molecular reactions; 2) to understand the features of fluorine atoms and fluorocarbon radicals kinetics which determine chemical activity and polymerization ability of plasmas in respect to treated surfaces; 3) to perform the model-bases analysis of heterogeneous process kinetics (etching, polymerization, polymer destruction) which determine the overall etching regime and output parameters. It was found that the substitution of argon for oxygen in both gas mixtures 1) results in monotonic increase in fluorine atom density; 2) is accompanied by decreasing polymerization ability of a gas phase and 3) causes the rapid (by about two orders of magnitude at ~ 20% О2) decrease in fluorocarbon polymer film thickness with the higher values for CHF3+O2+Ar system.

Текст научной работы на тему «Параметры и состав плазмы CF4 + O2 + Ar и CHF3 + O2 +Ar в процессах реактивно-ионного травления»

УДК: 537.525

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

A.M. Ефремов, A.M. Соболев, В. Б. Бетелин, K.-H. Kwon

Александр Михайлович Ефремов* , Александр Михайлович Соболев

Ивановский государственный химико-технологический университет, Шереметевский просп., 7, Иваново, Российская Федерация, 153000 E-mail: efremov@isuct.ru *

Владимир Борисович Бетелин

Научно-исследовательский институт системных исследований РАН, Нахимовский просп., З6, к.1, Москва, Российская Федерация, 117218 E-mail: betelin@niisi.msk.ru

Kwang-Ho Kwon

Korea University, 208 Seochang-Dong, Chochiwon, Korea, 339-800 E-mail: kwonkh@korea.ac.kr

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 фторуглеродныхрадикалов, формирующих химическую активность и полиме-ризационную 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.

Ключевые слова: реактивно-ионное травление, плазма, диссоциация, ионизация, полимеризация, кинетика, механизм

PLASMA PARAMETERS AND COMPOSITION IN CF4 + O2 + Ar AND CHF3 + O2 +Ar IN REACTIVE ION ETCHING PROCESSES

A.M. Efremov, A.M. Sobolev, V. B. Betelin, K.-H. Kwon

Alexander M. Efremov*, Alexander M. Sobolev

Ivanovo State University of Chemistry and Technology, Sheremetevskiy ave., 7, Ivanovo, 153000, Russia E-mail: efremov@isuct.ru *

Vladimir B. Betelin

Scientific Research Institute of System Analysis of RAS, Nakhimovsky ave., 36, bld. 1, Moscow, 117218, Russia E-mail: betelin@niisi.msk.ru

Kwang-Ho Kwon

Korea University, 208 Seochang-Dong, Chochiwon, Korea, 339-800 E-mail: kwonkh@korea.ac.kr

The comparative analysis of both CF4+O2+Ar and CHF3+O2+Ar plasma systems under the typical conditions of reactive ion etching of silicon and silicon-based compounds was carried out. The data on internal plasma parameters, plasma chemistry as well as the steady-state plasma composition were obtained using a description of Langmuir probe diagnostics and 0-dimensional (global) plasma modeling. As a presented in the literature, both experimental and modeling procedures were carried out at constant total gas pressure, input power, bias power. The obtained results allowed one 1) to figure out the influence of oxygen on steady-state densities ofplasma active species through the kinetics of both electron-impact and atom-molecular reactions; 2) to understand the features offluorine atoms andfluorocarbon radicals kinetics which determine chemical activity and polymerization ability of plasmas in respect to treated surfaces; 3) to perform the model-bases analysis of heterogeneous process kinetics (etching, polymerization, polymer destruction) which determine the overall etching regime and output parameters. It was found that the substitution of argon for oxygen in both gas mixtures 1) results in monotonic increase in fluorine atom density; 2) is accompanied by decreasing polymerization ability of a gas phase and 3) causes the rapid (by about two orders of magnitude at ~ 20% О2) decrease in fluorocarbon polymer film thickness with the higher values for CHF3+O2+Ar system.

Key words: reactive-ion etching, plasma, dissociation, ionization, polymerization, kinetics, mechanisms

Для цитирования:

Ефремов А.М., Соболев А.М., Бетелин В. Б., Kwon K.-H. Параметры и состав плазмы CF4 + O2 + Ar и CHF3 + O2 +Ar в процессах реактивно-ионного травления. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2019. Т. 62. Вып. 12. С. 108-118 For citation:

Efremov A.M., Sobolev A.M., Betelin V. B., Kwon K.-H. Plasma parameters and composition in CF4 + O2 + Ar and CHF3 + O2 +Ar in reactive ion etching processes. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2019. V. 62. N 12. P. 108-118

ВВЕДЕНИЕ

Процессы реактивно-ионного травления с использованием фторуглеродных (CxHyFz) плазмо-образующих газов нашли широкое применение в технологии интегральной микро- и нано- электроники для размерного структурирования функциональных слоев кремния и его соединений [1-3]. Известно, что выходные характеристики процесса травления (скорость, анизотропия, селективность по отношению к материалу маски), определяющие структурные и электрические параметры готового изделия, в значительной степени зависят от соотношения числа атомов фтора к числу атомов углерода, F/C в исходной молекуле. Фактически величина F/C определяет баланс скоростей травления (газификации атомов поверхности) и полимеризации (высаживания фторуглеродной полимерной пленки на поверхностях, контактирующих с плазмой) через соотношение концентраций атомов фтора и ненасыщенных углеводородных радикалов в газовой фазе [4]. Большое распространение получили плазмообразующие смеси на основе CF4, который в силу F/C = 4 обеспечивает доминирование травления над полимеризацией [3, 4]. Это позволяет достигать высоких скоростей травления и степени чистоты обрабатываемой поверхности. Тем не менее, в работах [5-7] было показано, что трифторметан (CHFз) существенно превосходит CF4 по селективности травления в системе

Это обуславливает высокий интерес к изучению физико-химических свойств плазмы CHFз и смесей на его основе, а также предопределяет необходимость сравнительного анализа параметров и состава плазмы различных фторуглеродных газов с целью оптимизации режимов процессов реактивно-ионного травления.

На протяжении последних лет опубликовано несколько детальных исследований электрофизических параметров и состава плазмы тетра- [8-11] и три- [11-14] фторметана. По их результатам определены механизмы процессов, формирующих стационарный состав плазмы, а также скомпонованы кинетические схемы (наборы процессов и соответствующих констант скоростей), обеспечивающие адекватное описание кинетики плазмохимических реакций. Кроме этого, в работах [11, 12] проведен сравнительный анализ параметров и состава плазмы в бескислородных системах на основе CF4 и CHFз, результаты которого могут быть обобщены в виде следующих положений:

- Основной особенностью химии нейтральных частиц в плазме CHFз является эффективная реализация атомно-молекулярных процессов вида CHFx + F ^ CFx + ОТ, CHFx + H ^ CHFx-l + ОТ и CFx + H ^ CFx-l + ОТ, которые обуславливают: а) доминирование ОТ1 над другими нейтральными частицами; б) высокие скорости гибели атомов фтора и в) высокие скорости генерации фторуглеродных радикалов.

- В диапазоне условий, характерном для процессов реактивно-ионного травления, плазма CHFз по сравнению с CF4 характеризуется: а) низкой электроотрицательностью и высокой концентрацией электронов; б) меньшей концентрацией и плотностью потока атомов фтора; в) большей концентрацией и плотностью потока частиц вида CFx ^ = 1-3), формирующих фторуглеродную полимерную пленку на контактирующих с плазмой поверхностях. Сочетание последних двух свойств плазмы трифторметана приводит к более низким скоростям травления кремния, но обуславливает преимущество по селективности травления в паре SiO2/Si [5, 7].

К сожалению, имеющиеся в литературе данные не обеспечивают возможности сравнительного анализа параметров и состава плазмы тетра- и трифторметана в кислородсодержащих смесях. В то же время известно, что добавка кислорода к фто-руглеродному газу является действенным инструментом регулирования баланса травление/полимеризация за счет увеличения скорости генерации атомов фтора, связывания фторуглеродных радикалов в соединения вида CFxOy и травления полимерной пленки атомами кислорода [4]. В нашей работе [15] было показано, что варьирование соотношений различных компонентов в смеси CF4+O2+Ar позволяет получать комбинации параметров плазмы и концентраций активных частиц, не доступные в бинарных смесях. Этот факт и определил цели данного исследования.

Целью данной работы являлся сравнительный анализ электрофизических параметров и состава плазмы смесей CF4+O2+Ar и CHFз+O2+Ar в диапазоне условий, характерном для процессов реактивно-ионного травления. Основное внимание было направлено на 1) выявление механизмов влияния соотношения компонентов O2/Ar на кинетику и концентрации активных частиц и 2) установление взаимосвязей параметров газовой фазы с гетерогенными характеристиками процесса травления.

МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Оборудование и методики эксперимента

Эксперименты проводились при возбуждении индукционного ВЧ (13,56 МГц) разряда в смесях CF4+O2+Ar и CHFз+O2+Ar в реакторе планар-ного типа с цилиндрической (г = 13 см, ! = 16 см) рабочей камерой из анодированного алюминия [16]. В качестве неизменных параметров процесса выступали общее давление ф = 10 мтор) и расход ^ = 40 станд. см3/мин) плазмообразующего газа, вкладываемая мощность (W = 700 Вт) и мощность

смещения (Wdc = 200 Вт) на нижнем электроде, играющем роль держателя обрабатываемых пластин. В качестве варьируемого параметра использовалось соотношение начальных концентраций Ar/O2, которое устанавливалось изменением индивидуальных расходов этих газов при постоянных значениях q(CF4) или q(CHF3) = 20 станд. см3/мин. Таким образом, содержание фторуглеродного компонента в обеих смесях всегда составляло 50%, при этом изменение q(O2) в диапазоне 0-20 станд. см3/мин (y(O2) = q(O2)/q = 0-0,5, или 0-50%) соответствовало полному замещению аргона на кислород.

Величина отрицательного смещения на нижнем электроде -Udc при Wdc = const измерялась высоковольтным зондом AMN-CTR (Youngsin Eng, Korea). Диагностика плазмы осуществлялась двойным зондом Лангмюра DLP2000 (Plasmart Inc., Korea). Обработка зондовых вольт-амперных характеристик (ВАХ) базировалась на известных положениях теории двойного зонда [17, 18] с использованием максвелловской функции распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ). Результатом обработки выступали данные по температуре электронов (Te) и плотности ионного тока (J+). Суммарная концентрация положительных ионов (n+) определялась из соотношения J+ = 0,61en+UB, где ив = f(Te, mi) - скорость ионов на внешней границе двойного электрического слоя у поверхности зонда без учета отрицательных ионов [11, 15]. Допустимость такого подхода показана в наших работах [19, 20]. Эффективная масса ионов mi оценивалась в предположении, что мольная доля каждого типа положительного иона пропорциональна kizyx/(1/mx)1/2, где kiz и yx - константа скорости ионизации и мольная доля соответствующей нейтральной частицы массой mx.

Для минимизации погрешности измерений зондовых ВАХ из-за полимеробразования на зондах применялась система импульсной очистки зондов ионной бомбардировкой. Предварительные эксперименты показали отсутствие значимых искажений ВАХ, последовательно измеряемых в системах 50% CF4 + 50% Ar и 50% CHF3 + 50% Ar в течение ~ 5 мин после зажигания разряда. Было установлено также, что варьирование Wdc в пределах 0-200 Вт не оказывает влияния на вид зондовых ВАХ и, следовательно, на параметры газовой фазы разряда.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАЗМЫ

Для получения данных по стационарному составу плазмы использовалась кинетическая 0-мерная модель, оперирующая усредненными по

объему реактора величинами [19, 20]. Кинетическая схема для нейтральных частиц (набор реакций и соответствующих констант скоростей, см. табл. 1) была сформирована по результатам предшествующих модельных исследований плазменных систем на основе CF4 [8, 9, 15] и CHF3 [13, 14, 21]. Корректность используемых кинетических схем в обеих системах подтверждается принципиальным согласием расчетных и измеренных параметров плазмы и концентраций частиц [9, 13]. В работах [15, 21] было отмечено также, что стационарный состав плазмы в смесях CF4+O2 и CHF3+O2 в значительной степени определяется процессами ступенчатой диссоциации вида CFx + O/O(:D) ^ COFx-1 + F и CHFx + O/O(1D) ^ COFx + H. Для более точного учета эффекта таких процессов кинетическая схема была дополнена реакциями образования и гибели атомов O и O(:D) с участием метастабиль-ных молекул O2(a:A) и O2(b:E). Алгоритм моделирования базировался на совместном решении уравнений химической кинетики нейтральных и заряженных частиц с учетом следующих допущений:

1) Энергетическое распределение электронов в условиях высоких степеней ионизации газа (n+/N ~ 10-4, где N = p/kBTgas - общая концентрация частиц при температуре Tgas) формируется при существенном вкладе равновесных электрон-электронных соударений. Таким образом, константы скоростей процессов R1-R34 могут быть найдены по соотношениям вида k = ATeBexp(-C/Te) [9, 13], полученным при интегрировании сечений соответствующих процессов с Максвелловской ФРЭЭ.

2) Варьирование начального состава смеси CHF3+O2+Ar в условиях p, W = const не сопровождается существенными изменениями температуры газа. Это позволяет пренебречь влиянием соотношения Ar/O2 на константы скоростей объемных атомно-молекулярных процессов R35-R84. Значения последних брали из открытой базы данных [22] для Tgas = 600 К.

3) Гетерогенная рекомбинация атомов и радикалов подчиняется механизму Или-Ридила. Соответственно, константы скоростей процессов R85-R92 могут быть определены как k « yW2r, где ut = (8kBTgas/^m)1/2 и у вероятность рекомбинации [9, 13, 15].

Концентрация электронов оценивалась по измеренному значению n+ с использованием соотношения

пе

полученного при совместном решении кинетического уравнения для отрицательных ионов и уравнения квазинейтральности плазмы [11]. Константы

скоростей ион-ионной рекомбинации kii принимались равными для всех типов положительных ионов [11, 15]. При расчете суммарной частоты диссоциативного прилипания Vda = N(y:kda,1 + y2kda,2 +...) (где y - мольная доля частицы, характеризующейся константой скорости диссоциативного прилипания kda) принимались во внимание HF, CHFx (x = 1-3), CFx (x = 1-3), O2, CO2 и CF2O.

Подходы к анализу кинетики гетерогенных процессов

При проведении процессов реактивно-ионного травления в плазме фторуглеродных газов, характер зависимости скорости травления от внешних параметров плазмы (давление, вкладываемая мощность, начальный состав плазмообразующей смеси) определяется не только плотностью потока атомов фтора, но зависит от ряда факторов, влияющих на эффективную вероятность взаимодействия атомов с обрабатываемой поверхностью [4]. В условиях постоянства температуры поверхности к таким факторам относят процессы, затрудняющие доступ атомов фтора к поверхностным активным центрам: образование труднолетучих продуктов взаимодействия и маскирование поверхности фто-руглеродной полимерной пленкой. Имеющиеся данные по механизмам реактивно-ионных процессов во фторуглеродной плазме (например, [23-28]) могут быть обобщены в виде следующих положений:

- Любой канал физического взаимодействия плазмы с обрабатываемой поверхностью (распыление основного материала, низколетучих продуктов химических реакций или фторуглерод-ной полимерной пленки под действием ионной бомбардировки) характеризуется скоростью Ysr+ [27, 28], где Ys - выход процесса (атом/ион) и Г+ -плотность потока ионов. В диапазоне Si < 500 эВ можно полагать, что Ys ~ (miSi)1/2 или (MiSi)1/2 [11, 15], где Si = -e(Udc + Uf) - энергия бомбардирующих ионов, -Uf « 0.5Teln(me/2.3m+) - плавающий потенциал, -Udc - отрицательное смещение на подложко-держателе при Wdc = const, и Mi - эффективная молярная масса ионов. Таким образом, изменение скорости любого ионного процесса при варьировании условий обработки отслеживается параметром (MiSi)1/2r+ [11].

- Любой канал химического взаимодействия плазмы с обрабатываемой поверхностью (образование фторуглеродной полимерной пленки, травление пленки атомами кислорода, травление основного материала атомами фтора) характеризуется скоростью ухГх, где ух - эффективная вероятность взаимодействия, а Гх - плотность потока соответствующих нейтральных частиц.

кцп+2

- Образование полимерной пленки обеспечивается CHxFy радикалами с x + y < 2, при этом вероятность полимеризации ypoi увеличивается при снижении концентрации атомов фтора [23, 24]. Поэтому, в предположении ypoi ~ 1/Tf, изменение скорости связывания радикалов с поверхностью может быть отслежено отношением Tpoi/rF, где Tpoi -суммарная плотность потока полимеробразующих

радикалов. Соответственно, относительное изменение толщины пленки Ьро1 за счет действия физического и химического факторов характеризуется параметрами Гро1/(М1в1)1/2Г+Гр и Гро1/ГоГр, где Го -плотность потока атомов кислорода. При постоянной температуре поверхности можно полагать, что в области Ьро1 < 2 нм для эффективной вероятности взаимодействия атомов фтора с обрабатываемой поверхностью справедливо соотношение уя ~ 1/Ьро1 [23].

Таблица 1

Реакции с участием нейтральных частиц в плазме смесей CF4+O2+Ar и CHF3+O2+Ar

Реакция k, см3/с Реакция k, см3/с

1 CHF3 + e — F + CHF2 + e f(Te) 60 CF2 + O(1D) — CO + 2F 4,0-10-12

2 CHF3 + e — H + CF3 + e f(Te) 61 CF + F — CF2 5,0-10-15

3 CHF3 + e — HF + CF2 + e f(Te) 62 CF + H — C + HF 1,210-11

4 CHF2 + e — CHF + F + e f(Te) 63 CF + O — CO + F 6,3 •Ю-11

5 CHF2 + e — H + CF2 + e f(Te) 64 CF + O(1D) — CO + F 2,0-10-11

6 CHF + e — H + CF + e f(Te) 65 CF + O2 — CFO + O 3,2-10-11

7 CF4 + e — CF3 + F + e f(Te) 66 CH + HF — CF + H2 3,3-Ю-11

8 CF4 + e — CF2 + 2F + e f(Te) 67 CH + O — CO + H 1,110-10

9 CF4 + e — CF3+ + F + 2e f(Te) 68 CH + F — C + HF 1,010-12

10 CF3 + e — CF2 + F + e f(Te) 69 H2 + F — HF + H 1,610-11

11 CF2 + e — CF + F + e f(Te) 70 FO + O — F + O2 2,5-10-11

12 CF2 + e — C + 2F + e f(Te) 71 FO + O^D) — F + O2 5,0-10-11

13 CF + e — C + F + e f(Te) 72 FO + FO — 2F + O2 2,5-10-12

14 HF + e — H + F + e f(Te) 73 2FO — F2 + O2 2,7-10-16

15 F2 + e — 2F + e f(Te) 74 CFO + CF3 — CF4 + CO 1,010-11

16 H2 + e — 2H + e f(Te) 75 CFO + CF3 — CF2O + CF2 1,110-11

17 CH + e — C + H + e f(Te) 76 CFO + CF2 — CF3 + CO 3,2-10-13

18 O2 + e — 2O + e f(Te) 77 CFO + CF2 — CF2O + CF 3,110-13

19 O2 + e — O + O^D)+e f(Te) 78 CFO + O — CO2 + F 1,0-10-10

20 O + e — O^D) + e f(Te) 79 CFO + O^D) — CO2 + F 1,0-10-10

21 O2 + e — 02(a) + e f(Te) 80 2CFO — CF2O + CO 1,010-11

22 O2 + e — 02(b) + e f(Te) 81 CFO + F — CF2O 8,0-10-11

23 02(a) + e — O2 + e f(Te) 82 CF2O + O^D) — F2 + CO2 2,0-10-11

24 O2(a) + e — 2O + e f(Te) 83 C + O2 — CO + O 1,510-11

25 O2(a) + e — O + O^D) + e f(Te) 84 CO + F — CFO 1,3 10-11

26 O2(a) + e — O2(b) + e f(Te) 85 F — Fads f(y)

27 O2(b) + e — O2 + e f(Te) Fads + CHFx — CHFx+i y = 0,02

28 O2(b) + e — 2O + e f(Te) Fads + CFx — CFx+1

29 O2(b) + e — O + O(1D) + e f(Te) Fads + F — F2

30 CO2 + e — CO + O + e f(Te) Fads + C — CF

31 CO + e — C + O + e f(Te) Fads + O — FO

32 FO + e — F + O + e f(Te) Fads + H — HF

33 CFO + e — CO + F + e f(Te) 86 H —> Hads f(y)

34 CF2O + e — CFO + F + e f(Te) Hads + CFx — CHFx y = 0,05

35 CHF3 + F — HF + CF3 1,610-13 Hads + F — HF

36 CHF3 + H — H2 + CF3 1,810-19 Hads + C — CH

37 CHF2 + F — HF + CF2 3,2-10-11 Hads + H — H2

38 CHF2 + H — HF + CHF 3,110-10 87 CF3 — CF3ads f(y)

39 CHF2 + H — CF2 + H2 3,2-10-14 CF3ads + F — CF4 y = 0,05

40 CHF2 + CF3 — CHF3 + CF2 1,610-12 CF3ads + H — CHF3

41 CHF2 + O — CF2O + H 1,110-11 88 CF2 — CF2ads f(y)

_Продолжение таблицы

Реакция k, см3/с Реакция k, см3/с

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

42 CHF + F ^ HF + CF 3,310-11 CF2ads + F ^ CF3 CF2ads + H ^ CHF2 CF2ads + O ^ CF20 У = 0,1

43 CHF + H ^ HF + CH 3,110-10

44 CHF + O ^ HF + CO 3,5 • 10-11

45 F2 + CF3 ^ CF4 + F 6,3-10-14 89 CF ^ CFads CFads + F ^ CF2 CFads + H ^ CHF CFads + O ^ CFO f(Y) У = 0,1

46 F2 + CF2 ^ CF3 + F 7,9-10-14

47 F2 + CF ^ CF2 + F 3,9-10-12

48 F2 + H ^ HF + F 8,2-10-12

49 F2 + 0(1D) ^ FO + F 7,9-10-12 90, C ^ Cads Cads + F ^ CF Cads + H ^ CH Cads + O ^ CO f(Y) У = 1

50 F2 + CFO ^ CF20 + F 5,1 • 10-14

51 CF3 + F ^ CF4 1,0-10-12

52 CF3 + H ^ CF2 + HF 7,9-10-11

53 CF3 + O ^ CF20 + F 3,2-10-11 91 O ^ Oads 0ads + O ^ O2 0ads + F ^ FO 0ads + C ^ CO 0ads + CFx ^ CFx0 f(Y) У = 0,1

54 CF3 + 0(1D) ^ CF20 + F 3,1-10-11

55 CF2 + F ^ CF3 4,2-10-13

56 CF2 + H ^ HF + CF 3,2-10-11

57 CF2 + O ^ CFO + F 3,1-10-11

58 CF2 + 0(1D) ^ CFO + F 3,2-10-11 92 0(1D) ^ O f(Y) У = 1

59 CF2 + O ^ CO + 2F 4,0-10-12

Примечание: 02(a) = O2(a1A), 02(b) = 02(b'Z) Note: 02(a) = 02(а1Д), 02(b) = 02(b1S)

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние внешних условий процесса реактивно-ионного травления (вкладываемая мощность, давление и скорость потока газа) на электрофизические параметры плазмы CF4 и CHF3, а также их смесей с аргоном переменного состава ранее изучено в работах [8-14]. Поэтому остановимся лишь на ключевых моментах, имеющих принципиальное значение для сравнения свойств этих газов в кислородсодержащих смесях.

Из данных рис. 1 можно видеть, что для бескислородной системы 50% CHF3 + 50% Ar характерны более высокие значения температуры (средней энергии) электронов (Te = 4,8 эВ vs. 3,6 эВ в системе 50% CF4 + 50% Ar), концентрации электронов (ne = 6,2-1010 см-3 vs. 4,3 • 1010 см-3 в системе 50% CF4 + 50% Ar) и суммарной концентрации положительных ионов (n+ = 6,3 • 1010 см-3 vs. 4,9-1010 см-3 в системе 50% CF4 + 50% Ar). Отмеченные различия Te связаны с более высокими потерями энергии электронов на ионизацию молекул CF4 по сравнению с HF, как основного компонента газовой фазы в системе 50% CHF3 + 50% Ar после аргона. Такая ситуация обусловлена различиями констант скоростей ионизации kiz (~ 1,2 10-10 см3/с для CF4 и ~ 4,6 • 10-11 см3/с для HF при Te = 3 эВ) при близких пороговых энергиях этих процессов (sE = 15,9 эВ для CF4 и 16,1 эВ для HF). В то же время, эффективная частота ионизации viz = N(y1kiz,1 + y2kiz,2 +• • •) в смеси 50% CHF3 + 50% Ar выше (~ 1,6-105 с-1 vs.

- 4,2 • 104 с-1 в системе 50% CF4 + 50% Ar) из-за более высоких концентраций легко ионизуемых компонентов вида CFx (x = 2, 3) и CHF. Соответственно, это обеспечивает более высокие скорости образования и концентрации электронов и положительных ионов. Справедливость соотношения ne « n+ в обеих системах (n-/ne - 0,1 для 50% CF4 + 50% Ar и - 0,004 для 50% CHF3 + 50% Ar) согласуется с экспериментальными данными [9, 13]. Причиной низкой электроотрицательности плазмы в исследованном диапазоне условий является сочетание низких значений концентраций и констант скоростей диссоциативного прилипания для доминирующих нейтральных частиц.

Замещение Ar на 02 в смеси в обеих смесях приводит к качественно подобным изменениям температуры электронов и концентраций заряженных частиц. Так, монотонное снижение Te (3,6-3,3 эВ в смеси CF4+02+Ar и 4,8-3,0 эВ в смеси CHF3+02+Ar при 0-50% 02, см. рис. 1) является следствием роста потерь энергии электронами в процессах низкопорогового (колебательного, электронного) возбуждения 02 и молекулярных продуктов плазмохимических реакций. Падение концентраций положительных ионов (4,91010-3,21010 см-3 в смеси CF4+02+Ar и 6,2-1010-3,0-1010 см-3 в смеси CHF3+02+Ar при 0-50% 02) и электронов (4,3 • 10102,2-1010 см-3 в смеси CF4+02+Ar и 6,2-1010-2,5-1010 см-3 в смеси CHF3+02+Ar при 0-50% 02) обусловлено снижением эффективной частоты ионизации viz. Причинами здесь являются 1) снижение констант скоростей ионизации нейтральных частиц из-за

снижения Те (табл. 2) и 2) увеличение доли нейтральных частиц с низкими к^ (табл. 2 и рис. 2). Отметим также, что замещение аргона на кислород в обеих смесях сопровождается увеличением как абсолютной (п. = 5,8-109-9,3-109 см-3 в смеси СР4+О2+ЛГ и 2,3 108-5,2 109 см-3 в смеси СНР3+О2+ЛГ при 0-50% О2), так и относительной (п-/пе = 0,1-0,4 в смеси СР4+О2+ЛГ и 0,004-0,21 в смеси СНР3+О2+ЛГ при 0-50% О2) концентрации отрицательных ионов. Оба эффекта обусловлены увеличением суммарной частоты и скорости диссоциативного прилипания из-за увеличения концентраций кислородсодержащих частиц.

4,5

5,5

§ 5,0 Ъ

of 4,5

к

я

I

S 4,0

я

к

о

И

2,5

3,5

2,5

1,5

Доля O в смеси CF4 (CHF3)+Ar+O2, %

Рис. 1. Электрофизические параметры плазмы смесей CF4+O2+Ar (1, 3, 5) и CHF3+O2+Ar (2, 4, 6): 1, 2 - температура электронов; 3, 4 - суммарная концентрация положительных

ионов; 5, 6 - концентрация электронов Fig. 1. Electro-physical plasma parameters in CF4+O2+Ar (1, 3, 5) and CHF3+O2+Ar (2, 4, 6) gas mixtures: 1, 2 - electron temperature; 3, 4 - total positive ion density; 5, 6 - electron density На рис. 2 представлены расчетные данные

по стационарным концентрациям нейтральных частиц. Расчеты показали, что основными продуктами плазмохимических реакций в системе 50% Ср4 + 50% Лг являются атомы фтора и радикалы СРх (х = 1-3). Справедливость соотношений [р] « [СР3] и [СРх] > [СРх-1] подтверждается экспериментальными данными [8, 9] и является следствием 1) реализации ступенчатого механизма СРх ^ СРх-1 + Р в составе Я7, Я10 и Я11 и 2) увеличения вероятности гетерогенной гибели частиц в ряду СР3-СР2-СР. Соответственно, доминирующими (~ 85 % от общей скорости) каналами образования атомов фтора в бескислородной системе 50% СР4 + 50% Лг выступают Я7, Я9 и Я10. Основными компонентами газовой фазы в плазме 50% СНР3 + 50% Лг являются НР, СНРх (х = 1, 3) и СРх (х = 1-4). Высокие концентрации НР [12, 29, 30] обеспечиваются прямым образованием этих частиц из молекул СНР3 по Я3, а также эффективным протеканием объемных процессов вида СНРх + Р ^ СРх + НР (Ю5, Ю7, Я42), СНРх + Н ^ СНРх-1 + НР (Ю8, Я43) и СРх + Н ^ СРх-1 + НР (Я52, К56). Основными каналами образования атомов фтора являются процессы электронного удара с участием СРх (Я9-Я11) и НР (Я14) при определяющей (~ 50% от общей скорости) роли Я14. Пренебрежимо малый вклад молекул СНР3 через Я1 обусловлен низким значением константы скорости данного процесса из-за высокой пороговой энергии [13]. Еще одной особенностью кинетики атомов фтора в данной системе является существенный вклад объемных процессов вида СНРх + Р ^ СРх + НР (Ю5, Я37, Я42) в суммарную частоту гибели атомов. Фактически, это является основной причиной значительно более низких значений [Р] по сравнению с плазмой 50% СР4 + 50% Лг.

Таблица 2

Константы скоростей ионизации (kiz, 10-10 см3/с) доминирующих нейтральных частиц в плазме смесей

CF4+O2+Ar и CHF3+O2+Ar

Table 2. Ionization rate coefficients (kiz, 10-10 cm3/s) for dominant neutral species in CF4+O2+Ar and CHF3+O2+Ar

Уо7 CHF3 CF4 CF3 CF2 F2 HF F Ar O2 CF2O CO2

CF4+O2+Ar

0% 3,39 0,46 1,38 7,17 3,92 2,78 5,57

50% 2,21 0,30 0,98 4,90 2,90 2,15 4,05

CHFs+02+Ar

0% 5,64 13,4 21,8 20,1 1,84 3,96 4,18 25,2 10,4 6,30 16,9

50% 0,51 1,15 5,0 4,70 0,15 0,46 0,58 2,66 1,82 1,45 2,39

6

0

0

20

30

40

50

а

S 10

И

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Доля O в смеси CF„+Ar+O2, % Доля O2 в смеси CHF3+Ai+O2, %

Рис. 2. Стационарные концентрации нейтральных частиц в плазме смесей CF4+O2+Ar (а) и CHF3+O2+Ar (б) Fig. 2. Steady-state densities of neutral species in CF4+O2+Ar (a) and CHF3+O2+Ar (b) mixture plasmas

Переход к кислородсодержащим смесям сопровождается существенными изменениями состава плазмы, а именно 1) резким падением концентраций компонентов вида CFx и CHFx и 2) монотонным увеличением концентрации атомов фтора (рис. 2). Причины, обуславливающие проявление первого эффекта, являются общими для обеих систем и связаны с увеличением скоростей гибели радикалов CFx (x = 1-3) в объемных процессах вида CFx + O ^ CFx-iO + F (R53, R57), CFx + O(1D) ^ CFx-iO + F (R54, R58) и CFx + CFO ^ CF2O + CFx-i (R75, R77). Дополнительным фактором в системе CHF3+O2+Ar является снижение скоростей образования CFx по механизмам R35, R37 и R42 из-за аналогичного изменения концентраций CHF2 и CHF. Очевидно, что последние также гибнут при взаимодействии с атомами кислорода по реакциям R41 и R44. Так как основными источниками молекул CF4 в плазме являются реакции гетерогенной рекомбинации вида F + CFx ^ CFx+i (R85, R87), поведение концентрации CF4 в обеих смесях следует изменением [CF3]. Аналогичными причинами обусловлено снижение концентрации CHF3 в смеси CHF3+O2+Ar. Напротив, из анализа кинетики плаз-мохимических процессов следует, что причины роста концентрации атомов фтора являются индивидуальными для каждой из систем. Так, хотя увеличение доли кислорода в смеси CF4+O2+Ar подавляет генерацию атомов F в группе R7-R13 из-за уменьшения концентраций CFx (x = 1-4), данный

эффект практически полностью нивелируется ростом скоростей атомно-молекулярных процессов Я53, К54, Я57 и Я58 с участием атомов кислорода. Более того, при переходе к смесям с у(02) > у(Аг) появляются новые эффективные каналы образования атомов фтора, а именно 1) диссоциация Б2, БО, СБО и CF2O по механизмам Я15 и Ю2-Ю4; и 2) образование атомов в атомно-молекулярных процессах Я49, Я70-Я72 и Я78 с участием Б2, БО и СБО. Обеспечивающими факторами здесь являются высокие скорости генерации молекул Б2 в реакциях Я82 и Я85, молекул БО в Я49, Я85 и Я91, а также частиц вида СБхО (х=1, 2) в К53, К54, К57 и Я58. Так как все перечисленные процессы инициируются атомами кислорода, их скорости увеличиваются с ростом у0 из-за роста скоростей образования О и О(:Б) по Я18-Я20. Совместное действие всех перечисленных механизмов приводит к монотонному увеличению суммарной скорости образования (рис. 3) и концентрации (рис. 2(а)) атомов фтора.

Увеличение доли кислорода в смеси СНБз+О2+Аг также подавляет генерацию атомов Б в группе Я7-Я13 из-за уменьшения концентраций частиц вида СБх (х = 1-4) и приводит к медленному снижению скорости доминирующего процесса Я14. Причиной последнего эффекта является то, что незначительный рост концентрации НБ (2,4 • 1013-4,0-1013 см-3, или в - 1,7 раз при 0-50% О2, см. рис. 2(б)), обусловленный их образованием по Я44, с избытком компенсируется снижением параметра к14Пе (88,5-8,3 с-1 при 0-50% О2) из-за одновременного снижения температуры и концентрации электронов. Таким образом, суммарная скорость генерации атомов фтора в процессах Я7-Я14 монотонно снижается (4,2 • 1015-3,3 • 1014 см"3с_1, или в - 13 раз при 0-50% О2), при этом величина снижения не компенсируется появлением дополнительных механизмов генерации атомов с участием молекул Б2 (Я15) и кислородсодержащих частиц (Ю2, Ю4, Я70). Так, скорости Я15 и Ю4 в кислородсодержащей плазме фактически лимитируются образованием СБ2О в объемных (Я81) и гетерогенных (Я89, Я90 и Я91) процессах. Расчеты показали, что суммарная скорость образования и концентрация СБ2О имеют максимальные значения в области 20-30% О2 из-за противоположного изменения концентраций обеспечивающих частиц - СБх и СНБх с одной стороны и О и О(1Б) с другой. Аналогично, невысокая эффективность генерации атомов фтора по Ю2 и Я70 является следствием лимитирования образования БО скоростями гетерогенных процессов Я85 и Я91. Последние, в свою очередь, ограничиваются низкими концентрациями атомов кислорода, которые активно гибнут в объеме плазмы при

взаимодействии с СНБх (Я41, Я44) и СБх (Я53, И57, Я59). Все это приводит к уменьшению суммарной скорости генерации атомов фтора (4,510152,0-1015 см-3с-1, или в ~ 2,3 раза при 0-50% О2, см. рис. 3). В то же время, снижение концентраций СИБх и СБх обуславливает еще более резкое падение частот гибели атомов фтора в объемных (Я35, Ю7, Я42) и гетерогенных (Я87-Я90) процессах (рис. 3). Данный эффект и является причиной роста концентрации атомов Б, отмеченного на рис. 2(б).

1,4 ■

1,2 4

- 1,0 ' — 3

го ~ 0,8 cf - "0

О Ö 0,6 - о 2

0,4 & о и о 1

0,2 ■

0,0 ■ 0

---- 4

10

20

30

40

50

Доля O в смеси CF4 (CHF3)+Ar+O2, % Рис. 3. Суммарные скорости образования (1, 2) и частоты гибели (3, 4) атомов фтора в плазме смесей CF4+Ü2+Ar (1, 3) и

CHF3+Ü2+Ar (2, 4) Fig. 3. Total formation rates (1, 2) and decay frequencies (3,4) for fluorine atoms in CF4+O2+Ar (l, 3) and CHF3+O2+Ar (2, 4) plasmas

Из представленных данных можно заключить, что системы CF4+O2+Ar и CHF3+O2+Ar характеризуются близкими (особенно области y(O2) > 15%) концентрациями положительных ионов, но существенно различаются по концентрациям атомов фтора и полимеробразующих радикалов. Оценим характер и степень влияния этих различий на эффективность различных каналов гетерогенного взаимодействия в процессе реактивно-ионного травления. Из данных рис. 4 можно видеть, что бескислородная система 50% CHF3 + 50% Ar характеризуется более высокими плотностями потока полимеробразующих радикалов Tpoi (3,1 1017 см-2с-1, как сумма CF2, CF и CHF vs. 1,61016 см-2с-1, как сумма CF2 и CF для 50% CF4 + 50% Ar), обусловленными различиями концентраций соответствующих частиц в газовой фазе. Замещение Ar на O2 в рассматриваемых смесях вызывает резкое снижение как величины Tpoi, так и параметра Tpoi/rF (в ~ 2000 раз для CF4+O2+Ar и в - 8000 раз для CHF3+O2+Ar при 0-50% O2, см. рис. 4). Последний факт однозначно свидетельствует о снижении по-лимеризационной нагрузки газовой фазы на контактирующие с ней поверхности, при этом величина такой нагрузки в системе CHF3+O2+Ar остается стабильно выше.

к 10-1

и 0

0 10 20 30 40 50 Доля O в смеси CF„ (CHF3)+Ar+O2, %

Рис. 4. Плотности потоков (1-3) и отношения плотностей потоков (4-6) активных частиц в плазме смесей CF4+O2+A (сплошные линии) и CHF3+Ü2+Ar (пунктир): 1 - Tf; 2 - Tpol; 3 - Го;

4 - Tpoi/Г; 5 - rpoi/(MiSi)1/2r+; 7 - Tpoi/Го Fig. 4. Fluxes (1-3) and flux-to-flux ratios (4-6) of active species in CF4+O2+Ar (solid lines) and CHF3+O2+Ar (dashed lines) plasmas: 1 - Tf; 2 - Tpol; 3 - Го; 4 - Tpol/Г; 5 - Tpol/(MiSi)1/2T+; 7 - Tpol/Го

Еще одним общим эффектом для обеих систем является то, что падение плотности потока ионов с ростом y(O2) не компенсируется ростом отрицательного смещения на нижнем электроде (-Udc = 215-250 В для CF4+O2+Ar и 190-254 В для CHF3+O2+Ar при 0-50% O2, см. рис. 1(б)) и приводит к монотонному снижению параметра (MiSi)1/2r+ (рис. 5).

250

200

и

Í3

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

150

100 -

's 1,6

1,4

"0

+ rir4 1,2

úT

g" 1,0

0,8

3

10 20 30 40 Доля O в смеси CF4 (CHF3)+Ar+O2, %

50

Рис. 5. Отрицательное смещение на нижнем электроде (1, 2) и параметр (MiSi)1/2r+ (3, 4), характеризующий плотность потока энергии ионов, в плазме смесей CF4+O2+Ar (1, 3) и CHF3+O2+Ar (2, 4) Fig. 5. Negative dc bias on bottom electrode (1, 2) and the parameter (MiSi)1/2r+ (3, 4), characterizing ion energy flux in CF4+O2+Ar (1, 3) and CHF3+O2+Ar (2, 4) plasmas

10

18

10

10

17

10

>K 10

16

10

15

10

1

10

14

2

3

0

0

Тем не менее, снижение эффективности взаимодействия ионов с поверхностью не означает роста толщины полимерной пленки. Во-первых, снижение (М1В1)1/2Г+ с избытком компенсируется еще более резким падением полимеризационной активности газовой фазы, при этом характер изменения отношений Гро1/(М181)1/2Г+ (рис. 4) и Гро1/(М1в1)1/2Г+Гр (9,3• 10"19-6,0-10-22 эВ-1/2см2с для СБ4+О2+Аг и 2,2 • 10-17-5,3 • 10-21 эВ"1/2см2с для СНБ3+О2+Аг при 0-50% О2) однозначно свидетельствует о смещении баланса скоростей процессов осаждения и распыления полимерной пленки в направлении уменьшения Ьро1. И, во-вторых, рост плотности потока атомов кислорода обеспечивает увеличение скорости химической деструкции полимера, что подтверждается соответствующим изменением параметров Гро1/ГО (рис. 4) и Гро1/ГОГБ (2,5 • 10-17—1,1 • 10-21 см2с для СБ4+О2+Аг и 4,010"16-1,2 • 10-20 см2 с для СОТ3+О2+АГ при 13-50% О2). На основании вышесказанного можно достаточно надежно полагать, что 1) замещение Аг на О2 в обеих смесях сопровождается снижением Ьро1; и 2) во всем исследованном диапазоне у(О2) система СНБ3+О2+Аг сохраняет более высокую полимери-зационную способность. Предположение о пропорциональном характере изменения величин Гро1/(М1в1)1/2Г+Гр и Гро1/ГоГб с одной стороны и Ьро1 с другой, позволяет говорить о снижении толщины полимерной пленки до двух порядков величины при Уо - 20%. Такая ситуация способствует протеканию процесса травления в кинетическом режиме при отсутствии определяющего влияния Ьро1 на эффективную вероятность взаимодействия атомов фтора. Очевидно, что система СБ4+02+Аг способна обеспечить более высокие скорости травления в режиме лимитирования потоком нейтральных частиц, который характерен для образования летучих продуктов взаимодействия.

ВЫВОДЫ

Проведено сравнительное исследование электрофизических параметров плазмы, кинетики плазмохимических процессов и стационарного состава газовой фазы в системах СБ4+02+Аг и СНБ3+02+Аг с переменным соотношением компонентов О2/АГ в условиях индукционного ВЧ (13,56 МГц) разряда. Показано, что замещение аргона на кислород в обеих смесях: 1) вызывает однотипные изменения температуры электронов и концентраций заряженных частиц; 2) сопровождается резким снижением концентраций компонентов вида СНБх и СБх из-за их диссоциации при взаимодействии с атомами О и 0(1Б) и 3) приводит к

монотонному росту концентрации атомов фтора. Основным механизмом последнего эффекта в системе CF4+02+Ar является рост суммарной скорости образования атомов фтора за счет реакций вида CFx + 0 ^ CFx-10 + F и CFx + 0(1D) ^ CFx-Ю + F с последующим высвобождением фтора при диссоциации продуктов в процессах электронного удара. Напротив, увеличение концентрации атомов фтора в смеси CHF3+02+Ar обусловлено резким снижением частоты их гибели в объемных процессах CHFx + F ^ CFx + HF из-за снижения концентрации CHFx. При модельном анализе кинетики гетерогенных процессов установлено, что увеличение доли кислорода в обеих смесях: 1) приводит к снижению полимеризационной нагрузки газовой фазы на контактирующие с ней поверхности и 2) вызывает резкое (до двух порядков величины при - 20% О2) уменьшение толщины фторуглеродной полимерный пленки при сохранении более высоких значений для системы CHF3+02+Ar.

Публикация выполнена в рамках государственного задания ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН (проведение фундаментальных научных исследований) по теме № 0065-2019-0006 «Фундаментальные и прикладные исследования в области субволновой голографической литографии, физико-химических процессов травления 3D нанометровых диэлектрических структур для развития критических технологий производства ЭКБ».

ЛИТЕРАТУРА REFERENCES

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

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

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

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

5. Gatzert C., Blakers A.W., Deenapanray P. N. K., Macdonald D., Auret F.D. Investigation of reactive ion etching of dielectrics and Si in CHF3/02 or CHF3/Ar for photovoltaic applications. J. Vac. Sci. Technol. A. 2006. V. 24. P. 1857-1865. D0I: 10.1116/1.2333571.

6. Rooth J.R. Industrial Plasma Engineering. Philadelphia: I0P Publishing LTD. 2001. 658 p.

7. Gaboriau F., Cartry G., Peignon M-C., Cardinaud Ch. Selective and deep plasma etching of Si02: 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. D0I: 10.1116/1.1495502.

8. Kimura T., Ohe K. Model and probe measurements of inductively coupled CF4 discharges. J. Appl. Phys. 2002. V. 92. P. 1780-1787. D0I: 10.1063/1.1491023.

9. Lee J., Efremov A., Yeom G.Y., Lim N., Kwon K.-H. Application of Si and Si02 Etching Mechanisms in CF4/C4F8/Ar Inductively Coupled Plasmas for Nanoscale Patterns. J. Na-nosci. Nanotechnol. 2015. V. 10. P. 8340-8347. D0I: 10.1166/jnn.2015.11256.

10. 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. D0I: 10.1016/j.vacuum.2004.01.077.

11. 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. D0I: 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). D0I: 10.31857/S054412690002767-0.

12. 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. V. 26. P. 075005. D0I: 10.1088/1361-6595/aa72c9.

13. 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. D0I: 10.1116/1.1387048.

14. 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. D0I: 10.1088/0963-0252/12/2/314.

15. Efremov A., Lee J., Kim J. 0n the control ofplasma parameters and active species kinetics in CF4+02+Ar gas mixture by CF4/02 and 02/Ar mixing ratios. Plasma Chem. Plasma Proc. 2017. V. 37. P. 1445-1462. D0I: 10.1007/s11090-017-9820-z.

16. Son J., Efremov A., Yun S.J., Yeom G.Y., Kwon K.-H. Etching characteristics and mechanism of SiNx films for Nano-Devices in CH2F2/02/Ar inductively coupled plasma: Effect of 02 mixing ratio. J. Nanosci. Nanotech. 2014. V. 14. P. 9534-9540. D0I: 10.1166/jnn.2014.10182.

17. 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. D0I: 10.1016/j.vac-uum.2008.05.030.

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

19. 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.

20. 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 coupled plasmas. J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. P. D777-D782. DOI: 10.1149/1.2993160.

21. 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.

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

23. 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 hydro-genated silicon carbide. J. Vac. Sci. Technol. A. 2004. V. 22. P. 53-60. Doi: 10.1116/1.1626642.

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

25. Kay E., Coburn J., Dilks A. Plasma chemistry of fluorocar-bons 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.

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

27. 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.

28. 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.

29. Turban G., Grolleau B., Launay P., Briaud P. A mass spec-trometric 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.

30. Takahashi K., Hori M., Goto T. Characteristics of fluoro-carbon 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.

Поступила в редакцию 04.03.2019 Принята к опубликованию 21.10.2019

Received 04.03.2019 Accepted 21.10.2019

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.