ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ И КИНЕТИКА АКТИВНЫХ ЧАСТИЦ В СМЕСИ HBr + Cl2 + O2
Аннотация
В данной работе проведено комбинированное (экспериментальное и теоретическое) исследование характеристик газовой фазы индукционного 13,56 МГц ВЧ-разряда низкого давления в трехкомпонентной смеси HBr + Cl2 + O2. Данные по внутренним параметрам плазмы, кинетике плазмохимических процессов и стационарному составу газовой фазы были получены при совместном использовании диагностики плазмы зондами Лангмюра и 0-мерной (глобальной) модели плазмы. Условия эксперимента и моделирования соответствовали постоянным значениям общего давления плазмообразующего газа (p = 10 мтор), вкладываемой мощности (W = 500 Вт), мощности смещения (Wdc = 200 Вт) и содержания кислорода в смеси (y(O2) = 11 %). В качестве варьируемого параметра выступало соотношение начальных концентраций компонентов в паре HBr + Cl2, которое изменялось в диапазоне 0 – 89 % Cl2. Было найдено, что замещение HBr на Cl2 в исследуемом диапазоне условий: 1) приводит к увеличению средней энергии и концентрации электронов; 2) вызывает немонотонное (с максимумом при ~ 45 % Cl2) изменение концентрации атомов Br; и 3) обеспечивает рост концентрации атомов О в условиях y(O2) = const. На основе расчетных данных по плотностям потоков активных частиц (атомов Br, Cl и O, положительных ионов) проведен анализ возможных механизмов влияния соотношения начальных концентраций в паре HBr + Cl2 на кинетику травления Si и SiO2.
<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>
Литература
Rooth J.R. Industrial Plasma Engineering. Philadelphia: IOP Publishing LTD. 2001. 658 p.
Plasma Etching Processes for CMOS Devices Realization. London: ISTE Press–Elsevier. 2017. 125 p.
Makabe T., Petrovic Z. Plasma electronics: applications in microelectronic device fabrication. New York: Taylor & Francis. 2006. 330 p.
Wolf S., Tauber R.N. Silicon Processing for the VLSI Era. V. 1. Process Technology. New York: Lattice Press. 2000. 416 p.
Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing. New York: John Wiley & Sons Inc. 2005. 730 p. DOI: 10.1002/0471724254.
Nojiri K. Dry Etching Technology for Semiconductors. New York: Springer. 2015. 120 p. DOI: 10.1007/978-3-319-10295-5.
Vitale S.A., Chae H., Sawin H.H. Silicon etching yields in F2, Cl2, Br2, and HBr high density plasmas. J. Vac. Sci. Technol. A. 2001. V. 19. N 5. P. 2197-2206. DOI: 10.1116/1.1378077.
Cunge G., Kogelschatz M., Joubert O., Sadeghi N. Plasmawall interactions during silicon etching processes in high-density HBr/Cl2/O2 plasmas. Plasma Sources Sci. Technol. 2005. V. 14. N 2. P. S42-S52. DOI: 10.1088/0963-0252/14/2/S06.
Kim D.K., Kim Y.K., Lee H. A study of the role of HBr and oxygen on the etch selectivity and the postetch profile in a polysilicon/oxide etch using HBr/O2 based high density plasma for advanced DRAMs. Mat. Sci. Semicon. Proc. 2007. V. 10. N 1. P. 41-48. DOI: 10.1016/j.mssp.2006.08.027.
Belen R.J., Gomez S., Kiehlbauch M., Aydil E.S. Feature scale model of Si etching in SF6/O2/HBr plasma and comparison with experiments. J. Vacuum Sci. Technol. A. 2006. V. 24. N 2. P. 350-361. DOI: 10.1116/1.2173268.
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. V. 20. P. 045012. DOI: 10.1088/0963-0252/20/4/045012.
Yeom G. Y., Ono Y., Yamaguchi T. Polysilicon etchback plasma process using HBr, Cl2, and SF6 gas-mixtures for deep-trench isolation. J. Electrochem. Soc. 1992. V. 139. N 2. P. 575-579. DOI: 10.1149/1.2069260.
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. V. 629. P. 39-48. DOI: 10.1016/j.tsf.2017.03.035.
Shun’ko E.V. Langmuir probe in theory and practice. Boca Raton: Universal Publishers. 2008. 245 p.
Caneses J.F., Blackwell B. RF compensation of double Langmuir probes: modelling and experiment. Plasma Sources Sci. Technol. 2015. V. 24. P. 035024. DOI: 10.1088/0963-0252/24/3/035024.
Efremov A., Kim Y., Lee H.W., Kwon K.H. A comparative study of HBr-Ar and HBr-Cl2 plasma chemistries for dry etch applications. Plasma Chem. Plasma Proc. 2011. V. 31. N 2. P. 259-271. DOI: 10.1007/s11090-010-9279-7.
Efremov A.M., Kim D.P., Kim C.I. Simple model for ion-assisted etching using Cl2-Ar inductively coupled plasma: Effect of gas mixing ratio. IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. V. 32. N 3. P. 1344-1351. DOI: 10.1109/TPS.2004.828413.
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. V. 39. N 15. P. 3272-3284. DOI: 10.1088/0022-3727/39/15/009.
Chistophorou L.G., Olthoff J.K. Fundamental electron interactions with plasma processing gases. New York: Springer Science+Business Media. 2004. 780 p. DOI: 10.1007/978-1-4419-8971-0.
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. N 5. 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 ac-tive species kinetics in Cl2/X (X = Ar, He, N2) inductively coupled plasmas. J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. N 12. P. D777-D782. DOI: 10.1149/1.2993160.
Lee B.J., Lee B.J., Efremov A., Yang J.W., Kwon K.H. Etching characteristics and mechanisms of MoS2 2D Crystals in O2/Ar inductively coupled plasma. J. Nanosci. Nanotechnol. 2016. V. 16. N 11. P. 11201-11209. DOI: 10.1166/jnn.2016.13478.
Kwon K.H., Efremov A., Yun S.J., Chun I., Kim K. Dry etching characteristics of Mo and Al2O3 films in O2/Cl2/Ar inductively coupled plasmas. Thin Solid Films. 2014. V. 552. P. 105-110. DOI: 10.1016/j.tsf.2013.12.013.
Efremov A.M., Kim G.H., Kim J.G., Bogomolov A.V., Kim C.I. On the applicability of self-consistent global model for the characterization of Cl2/Ar inductively coupled plasma. Microelectron. Eng. 2007. V. 84. P.136-143. DOI: 10.1016/j.mee.2006.09.020.
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. N 4. P. 1243-1257. DOI: 10.1116/1.586925.
Cheng C.C., Guinn K.V., Herman I.P., Donnelly V.M. Competitive halogenation of silicon surfaces in HBr/Cl2 plasmas studied ray photoelectron-spectroscopy and in-situ, real-time, pulsed laser-induced thermal-desorption. J. Vac. Sci. Technol. A. 1995. V. 13. N 4. P. 1970-1976. DOI: 10.1116/1.579638.
Bestwick T.D., Oehrlein G.S. Reactive ion etching of silicon using bromine containing plasmas. J. Vac. Sci. Technol. A. 1990. V. 8. N 3. P. 1696-1701. DOI: 10.1116/1.576832.
Jin W.D., 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. N 6. P. 2106-2114. DOI: 10.1116/1.1517993.
Lide D.R. Handbook of chemistry and physics. New York: CRC Press. 2018. 1532 p.
Guettari M., Gharbi A. A correspondence between Grunberg–Nissan constant d′ and complex varieties in water/methanol mixture. Phys. Chem. Liq. 2011. V. 49. P. 459-469. DOI: 10.1080/00319101003646546.
Herráez J.V., Belda R., Díez O., Herráez V. An equation for the correlation of viscosities of binary mixtures. J. Solution Chem. 2008. V. 37. P. 233. DOI: 10.1007/s10953-007-9226-2.
Marczak W., Adamczyk N., Łężniak M. Viscosity of associated mixtures approximated by the Grunberg-Nissan model. Int. J. Thermophys. 2012. V. 33. P. 680-691. DOI: 10.1007/s10765-011-1100-1.
Messaâdi A., Ouerfelli N., Das D., Hamda H., Hamzaoui A.H. Correspondence between Grunberg–Nissan, Arrhenius and Jouyban–acree parameters for viscosity of isobutyric acid+water binary mixtures from 302.15 to 313.15 K. J. Solution Chem. 2012. V. 41. P. 2186-2208. DOI: 10.1007/s10953-012-9931-3.
