ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ АКТИВНЫХ ЧАСТИЦ В СМЕСЯХ ФТОРУГЛЕРОДНЫХ ГАЗОВ С АРГОНОМ И КИСЛОРОДОМ
Аннотация
Проведено сравнительное исследование электрофизических параметров плазмы и стационарного состава газовой фазы в плазме индукционного ВЧ 13б56 МГц разряда в смесях CF4 + O2 + Ar, CHF3 + O2 + Ar и C4F8 + O2 + Ar. В качестве постоянных внешних параметров выступали доля фторуглеродного компонента (50%), общее давление газа (6 мтор), вкладываемая мощность (700 Вт) и мощность смещения (200 Вт). Схема исследования включала диагностику плазмы зондами Лангмюра и 0-мерное (глобальное) моделирование кинетики плазмохимических процессов. Найдено, что полимеризационная способность бескислородных (50% Ar) и кислородсодержащих (50% O2) смесей согласуется с отношением z/x в исходной молекуле CxHyFz. Замещение аргона на кислород приводит к однотипным изменениям параметров электронной и ионной компонент плазмы (температуры электронов, концентраций заряженных частиц и энергии ионной бомбардировки), всегда снижает концентрации полимеробразующих радикалов и толщину полимерной пленки, но оказывает различное влияние на кинетику атомов фтора. Увеличение доли кислорода в смесях 50% CF4 + O2 + Ar и 50% CHF3 + O2 + Ar приводит к монотонному росту концентрации атомов фтора. Механизмы этих явлений связаны с увеличением скорости генерации атомов и снижением частоты их гибели, соответственно. Добавление кислорода в системе 50% C4F8 + O2 + Ar снижает скорость генерации атомов фтора, но не приводит к заметным изменениям частот их гибели. Это соответствует монотонному снижению концентрации атомов фтора при увеличении содержания кислорода в смеси. В результате, стационарная концентрация атомов фтора в условиях 50% O2 увеличивается в ряду C4F8 - CHF3 - CF4.
Литература
Donnelly V.M., Kornblit A. Plasma etching: Yesterday, today, and tomorrow. J. Vac. Sci. Technol. 2013. V. 31. P. 050825-48. DOI: 10.1116/1.4819316
Nojiri K. Dry etching tech.nology for semiconductors. To-kyo: Springer Internat. Publ. 2015. 116 p. DOI: 10.1007/978-3-319-10295-5.
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. DOI: 10.1002/0471724254.
Kimura T., Noto M. Experimental study and global model of inductively coupled CF4/O2 discharges. J. Appl. Phys. 2006. V. 100. P. 063303-12. DOI: 10.1063/1.2345461.
Kimura T., Ohe K. Probe measurements and global model of inductively coupled Ar/CF4 discharges. Plasma Sources Sci. Technol. 1999. V. 8. P. 553-560. DOI: 10.1088/0963-0252/8/4/305.
Chun I., Efremov A., Yeom G. Y., Kwon K.-H. A comparative study of CF4/O2/Ar and C4F8/O2/Ar plasmas for dry etching applications. Thin Solid Films. 2015. V. 579. P. 136-143. DOI: 10.1016/j.tsf.2015.02.060.
Efremov A., Lee J., Kim J. On the Control of Plasma Parameters and Active Species Kinetics in CF4 + O2 + Ar Gas Mixture by CF4/O2 and O2/Ar Mixing Ratios. Plasma Chem. Plasma Proc. 2017. V. 37. P. 1445-1462. DOI: 0.1007/s11090-017-9820-z.
Ho P., Johannes J.E., Buss R.J. Modeling the plasma chem-istry of C2F6 and CHF3 etching of silicon dioxide, with comparisons to etch rate and diagnostic data. J. Vac. Sci. Technol. B. 2001. V. 19. P. 2344-2367. DOI: 10.1116/1.1387048.
Efremov A.M., Murin D.B., Kwon K.H. Parameters of plasma and kinetics of active particles in CF4(CHF3) + Ar mixtures of a variable initial composition. Russ. Microelectronics. 2018. V. 47. N 6. P. 371-380. DOI: 10.1134/S1063739718060033.
Efremov A.M., Murin D.B., Kwon K.H. Plasma Parameters and Kinetics of Active Particles in the Mixture CHF3 + O2 + Ar. Russ. Microelectronics. 2020. V. 49. N 4. P. 233-243. DOI: 10.1134/S1063739720030038.
Kokkoris G., Goodyear A., Cooke M., Gogolides E. A global model for C4F8 plasmas coupling gas phase and wall surface reaction kinetics. J. Phys. D. Appl. Phys. 2008. 41. P. 195211-23. DOI: 10.1088/0022-3727/41/19/195211.
Rauf S., Ventzek P.L. Model for an inductively coupled Ar/c-C4F8 plasma discharge. J. Vac. Sci. Technol. A. 2002. V. 20. P. 14-23. DOI: 10.1116/1.1417538.
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.
Lee B. J., Efremov A., Nam Y., Kwon K.-H. Plasma Parameters and Silicon Etching Kinetics in C4F8 + O2 + Ar Gas Mixture: Effect of Component Mixing Ratios. Plasma Chem. Plasma Process. 2020. V. 40. P. 1365-1380. DOI: 10.1007/s11090-020-10097-9.
Efremov A., Murin D., Kwon K.-H. Concerning the Effect of Type of Fluorocarbon Gas on the Output Characteristics of the Reactive-Ion Etching Process. Russ. Microelectronics. 2020. V. 49. N 3. P. 157-165. DOI: 10.1134/S1063739720020031.
Shun’ko E.V. Langmuir probe in theory and practice. Boca Raton: Universal Publ. 2008. 245 p.
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. 629. P. 39-48. DOI: 10.1016/j.tsf.2017.03.035.
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.
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. DOI: 10.1088/1361-6595/aa72c9.
Takahashi K., Hori M., Goto T. Characteristics of fluorocarbon 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.
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.
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. V. 22. P. 53-60. DOI: 10.1116/1.1626642.
Schaepkens M., Standaert T.E.F.M., Rueger N.R., Sebel P.G.M., Oehrlein G.S., Cook J. 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. V. 17. P. 26-37. DOI: 10.1116/1.582108.
Matsui M., Tatsumi T., Sekine M. Relationship of etch reaction and reactive species flux in C4F8/Ar/O2 plasma for SiO2 selective etching over Si and Si3N4. J. Vac. Sci. Technol. A. 2001. V. 19. P. 2089-2096. DOI: 10.1116/1.1376709.
Kastenmeier B.E.E., Matsuo P.J., Oehrlein G.S. Highly selective etching of silicon nitride over silicon and silicon dioxide. J. Vac. Sci. Technol. A. 1999. V. 17. P. 3179-3184. DOI: 10.1116/1.582097.
