ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ И КИНЕТИКА РЕАКТИВНО-ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ ZnO В БРОМИСТОМ ВОДОРОДЕ: ВЛИЯНИЕ ИНЕРТНОГО ГАЗА-НОСИТЕЛЯ
Аннотация
В работе обсуждается влияние инертных газов-носителей, Ar и He, на характеристики газовой фазы и скорость травления ZnO в типичных условиях реактивно-ионного травления в плазме бромистого водорода. Диагностика плазмы с помощью зондов Ленгмюра и 0-мерное моделирование плазмы позволили выяснить, как содержание данного газа-носителя влияет на параметры электронной и ионной компонент плазмы, кинетику активных частиц и их концентрации. Было обнаружено, что переход к смесям с высоким содержанием Ar или He а) вызывает рост температуры электронов (из-за меньших потерь энергии электронов при столкновениях с атомными частицами); б) снижает электроотрицательность плазмы и в) приводит к противоположным изменениям как концентрации, так и плотности потока ионов. Последнее явление обусловлено противоположными изменениями суммарных скоростей ионизации из-за существенной разницы в коэффициентах скоростей ионизации Ar и He. Важными особенностями плазмы HBr + Ar при 0-80% Ar также являются более медленное, чем линейное, падение концентрации атомов Br (из-за интенсификации диссоциации молекул HBr и Br2 электронным ударом), а также увеличение концентрации атомов H (из-за снижения скорости их гибели в газовой фазе). Эксперименты по травлению показали, что скорость травления ZnO формируется, в основном, ионно-стимулированной химической реакцией, при этом скорость реакции снижается быстрее по сравнению с плотностью потока атомов брома. Соответствующее снижение эффективной вероятности может быть связано как с изменением интенсивности ионной бомбардировки, так и с эффектом водородной пассивации.
Для цитирования:
Ефремов А.М., Смирнов С.А., Бетелин В.Б., Kwon K.-H. Параметры плазмы и кинетика реактивно-ионного травления ZnO в бромистом водороде: влияние инертного газа-носителя. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 12. С. 86-95. DOI: 10.6060/ivkkt.20246712.7081.
Литература
Sugawara M. Plasma etching. Fundamentals and applications. New York: Oxford University Press. 1998. 362 p.
Advanced plasma processing technology. New York: John Wiley & Sons Inc. 2008. 479 p.
Wolf S., Tauber R.N. Silicon Processing for the VLSI Era. V. 1. Process Technology. New York: Lattice Press. 2000. 416 p.
Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors. Tokyo: Springer Internat. Publ. 2015. 116 p.
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.
Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing. New York: John Wiley & Sons Inc. 2005. 757 p.
Pearton S.J., Ren F., Fullowan T.R., Katz A., Hobson W.S., Chakrabarti U.K., Abernathy C.R. Plasma etching of III–V semiconductor thin films. Mater. Chem. Phys. 1992. V. 32(3). P. 215-234. DOI: 10.1016/0254-0584(92)90203-k.
Pearton S.J., Chakrabarti U.K., Lane E., Perley A.P., Abernathy C.R., Hobson W.S., Jones K.S. Characteristics of III‐V Dry Etching In HBr ‐ Based Discharges. J. Electrochem. Soc. 1992. V. 139. P. 856-865. DOI: 10.1149/1.2069316.
Bestwick T.D., Oehrlane G.S. Reactive ion etching of silicon using bromine containing plasmas. J. Vac. Sci. Technol. A. 1990. V. 8. P. 1696-1701. DOI: 10.1116/1.576832.
Jin W., 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. 2002. V. 20. P. 2106-2114. DOI: 10.1116/1.1517993.
Pargon E., Menguelti K., Martin M., Bazin A., Chaix-Pluchery O., Sourd C., Derrough S, Lill T., Joubert O. Mechanisms involved in HBr and Ar cure plasma treatments applied to 193 nm photoresists. J. Appl. Phys. 2009. V. 105. P. 094902. DOI: 10.1063/1.3116504.
Kim D. K., Kim Y. K., Lee H. A study of the role of HBr and oxygen on the etch selectivity and the post-etch profile in a polysilicon/oxide etch using HBr/O2 based high density plasma for advanced DRAMs. Mater. Sci. Semi-cond. Proc. 2007. V. 10(1). P. 41-48. DOI: 10.1016/j.mssp.2006.08.027.
Cunge G., Kogelschatz M., Joubert O., Sadeghi N. Plasma-wall interactions during silicon etching processes in high-density HBr/Cl2/O2 plasmas. Plasma Sources Sci. Technol. 2005. V. 14(2). P. S42-S52. DOI: 10.1088/0963-0252/14/2/S06.
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(2). P. 259-271. DOI: 10.1007/s11090-010-9279-7.
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.
Efremov A.M., Betelin V.B., Kwon K.-H. On the comparison of reactiveion etching mechanisms for SiO2 and Si3N4 in HBr + Ar plasma. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 6. P. 37-45 DOI: 10.6060/ivkkt.20236606.6786.
Efremov A.M., Smirnov S.A., Betelin V.B., Kwon K.-H. Mechanisms of Plasma Etching of Titanium, Indium, Tin and Zinc Oxides in a Mixture of HBr + Ar. Russ. Microelectronics. 2021. V. 50. N 6. P. 379-386. DOI: 10.1134/ S1063739721060068.
CRC Handbook of Chemistry and Physics. New York: CRC Press. 2010. 2760 p.
Gul B., Rehman A.-ur. A comparative study of capacitively coupled HBr/He, HBr/Ar plasmas for etching appli-cations: Numerical investigation by fluid model. Physics of Plasmas. 2015. V. 22. P. 103520(1-9). DOI: 10.1063/1.4934922.
Vyas S. A Short review on properties and applications of ZnO based thin film and devices. Johnson Matthey Technol. Rev. 2020. V. 64(2). P. 202-218. DOI: 10.1595/ 205651320X15694993568524.
Gartner M., Stroescu H., Mitrea D., Nicolescu M. Various Applications of ZnO Thin Films Obtained by Chemi-cal Routes in the Last Decade. Molecules. 2023. V. 28. P. 4674(1-27). DOI: 10.3390/molecules28124674.
Shun’ko E.V. Langmuir probe in theory and practice. Bo-ca Raton: Universal Publ. 2008. 245 p.
Cunge G., Ramos R., Vempaire D., Touzeau M., Neijbauer M., Sadeghi N. Gas temperature measurement in CF4, SF6, O2, Cl2, and HBr inductively coupled plasmas. J. Vac. Sci. Technol. A. 2009. V. 27(3). P. 471-478. DOI: 10.1116/1.3106626.
Celik Y., Aramaki M., Luggenholscher D., Czarnetzk U. Determination of electron densities by diode-laser absorption spectroscopy in a pulsed ICP. Plasma Sources Sci. Technol. 2011. V. 20. P. 015022(1-12). DOI: 10.1088/ 0963-0252/20/1/015022.
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.
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.
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.
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.M., Betelin V.B., Mednikov K.A., Kwon K.-H. Gasphase parameters and reactive-ion etching regimes for Si and SiO2 in binary Ar + CF4/C4F8 mixtures. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 6. P. 25-34. DOI: 10.6060/ivkkt.20216406.6377.
