ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ И КИНЕТИКА АКТИВНЫХ ЧАСТИЦ В СМЕСИ Cl2 + BCl3 + Ar
Аннотация
Проведено исследование электрофизических параметров плазмы, стационарного состава газовой фазы и кинетики реактивно-ионного травления SiO2 в смеси Cl2 + BCl3 + Ar в условиях индукционного ВЧ 13,56 МГц разряда. Схема исследования включала диагностику плазмы зондами Лангмюра и 0-мерное (глобальное) моделирование кинетики плазмохимических процессов. В качестве неизменных параметров выступали: доля аргона в плазмообразующей смеси (20%), общее давление газа (6 мтор) и мощность смещения (300 Вт). Было найдено, что замещение Cl2 на BCl3 при постоянной вкладываемой мощности: а) оказывает влияние на параметры электронной и ионной компонент плазмы; б) приводит к снижению электроотрицательности плазмы; и в) сопровождается противоположными изменениями концентраций атомов хлора и радикалов BClx.Увеличение вкладываемой мощности при любом фиксированном составе смеси вызывает увеличение степени диссоциации исходных молекул и концентраций продуктов диссоциации. Показано, что зависимость скорости травления SiO2 от соотношения Cl2/BCl3 имеет немонотонный характер (максимум ~ 120 нм/мин в смеси состава 40% Cl2 + 40% BCl3 + 20% Ar), при этом увеличение доли BCl3 и вкладываемой мощности приводят к аналогичному изменению эффективной вероятности взаимодействия в системе SiO2 + Cl. Это не согласуется с изменением плотности потока энергии ионов. Предположено, что в качестве химически активных частиц плазмы выступают также радикалы ВСlx, вовлеченные в гетерогенные реакции вида SiOy + BClx → SiOy-1 + BClxO. Протекание таких реакций способствует увеличению числа центров адсорбции атомов хлора.
Литература
Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors. Tokyo: Springer Internat. Publ. 2015. 116 p.
Advanced plasma processing technology. New York: John Wiley & Sons Inc. 2008. 479 p.
Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing. New York: John Wiley & Sons Inc. 2005. 757 p.
Efremov A., Min N.K., Choi B.G., Baek K., 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. N 12. P. D777-D782. DOI: 10.1149/1.2993160.
Efremov A.M., Kim G.H., Kim J.G., Bogomolov A.V., Kim C.I. Applicability of self-consistent global model for characterization of inductively coupled Cl2 plasma. Vaccum. 2007. V. 81. N 5. P. 669-675. DOI: 10.1016/j.vacuum.2006.09.017.
Corr C.S., Despiau-Pujo E., Chabert P., Graham W.G., Marro F.G., Graves D.B. Comparison between fluid simulations and experiments in inductively coupled argon/chlorine plasmas. J. Phys. D. Appl. Phys. 2008. V. 41. N 18. P. 185202. DOI: 10.1088/0022-3727/41/18/185202.
Tinck S., Boullart W., Bogaerts A. Simulation of an Ar/Cl2 inductively coupled plasma: study of the effect of bias, power and pressure and comparison with experiments.
J. Phys. D. Appl. Phys. 2008. V. 41. N 18. P. 065207. DOI: 10.1088/0022-3727/41/6/065207.
Meeks E., Ho P., Ting A., Buss R.J. Simulations of BCl3/Cl2/Ar plasmas with comparisons to diagnostic data.
J. Vac. Sci. Technol. A. 1998. V. 16. P. 2227-2239. DOI: 10.1116/1.581332.
Kim M., Min N.-K., Yun S. J., Lee H. W., Efremov A., Kwon K.-H. On the etching mechanism of ZrO2 thin films in inductively coupled BCl3/Ar plasma. Microelect. Eng. 2008. V. 85. P. 348–354. DOI: 10.1016/j.mee.2007.07.009.
Kim M., Min N.-K., Yun S.J., Lee H. W., Efremov A., Kwon K.-H. Effect of gas mixing ratio on etch behavior of ZrO2 thin films in BCl3/He inductively coupled plasma. J. Vac. Sci. Technol. A. 2008. V. 26. N 3. P. 344-351. DOI: 10.1116/1.2891255.
Kim M., Efremov A., Hong M. P., Min N. K., Park H.-H., Baek K.-H., Kwon K.-H. Effect of gas mixing ratio on etch behavior of Y2O3 thin films in Cl2/Ar and BCl3/Ar inductively coupled plasmas. Japan. J. Appl. Phys. 2010. V. 49. P. 08JB04. DOI: 10.1143/JJAP.49.08JB04.
Malyshev M.V., Donnelly V.M., Kornblit A., Ciampa N.A. Percent dissociation of Cl2 in inductively coupled chlorine-containing plasmas. J. Appl. Phys. 1998. V. 84. N 1. P. 137-146. DOI: 10.1063/1.368010.
Malyshev M.V., Donnelly V.M. Diagnostics of inductively coupled chlorine plasmas: Measurement of Cl2 and Cl number densities. J. Appl. Phys. 2000. V. 88. N 11. P. 6207-6215. DOI: 10.1063/1.1321777.
Lee J., Efremov A., Lee B. J., Kwon K.-H. Etching Characteristics and Mechanisms of TiO2 Thin Films in CF4 + Ar, Cl2 + Ar and HBr + Ar Inductively Coupled Plasmas. Plasma Chem. Plasma Proc. 2016. V. 36. N 6. P. 1571-1588. DOI: 10.1007/s11090-016-9737-y.
Kim M., Efremov A., Lee H. W., Park H.-H., Hong M.P., Min N.K., Kwon K.-H. HfO2 etching mechanism in inductively-coupled Cl2/Ar plasma. Thin Solid Films. 2011. V. 519. P. 6708-6711. DOI: 10.1016/j.tsf.2011.04.059.
Shun’ko E.V. Langmuir probe in theory and practice. Boca Raton: Universal Publ. 2008. 245 p.
Raju G.G. Gaseous electronics. Tables, Atoms and Molecules. Boca Raton: CRC Press. 2012. 790 p.
Christophorou L.G., Olthoff J.K. Fundamental electron interactions with plasma processing gases. New York: Springer Science+Business Media LLC. 2004. 776 p.
Efremov A., Murin D., Kwon K.-H. Plasma parameters, densities of active species and etching kinetics in C4F8+Ar gas mixture. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 2. P. 31-37. DOI: 10.6060/ivkkt.20196202.5791.
CRC Handbook of Chemistry and Physics. New York: CRC Press. 2010. 2760 p.
