ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ И КОНЦЕНТРАЦИЯ АТОМОВ ФТОРА В СМЕСИ SF6 + Ar + He: ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ Ar/He, ДАВЛЕНИЯ И ВКЛАДЫВАЕМОЙ МОЩНОСТИ
Аннотация
Исследовано влияние начального состава смеси, давления газа и вкладываемой мощности на электрофизические параметры и концентрацию атомов фтора в плазме SF6 + Ar + He, возбуждаемой в реакторе индукционного типа на частоте 2 МГц. При совместном использовании диагностики плазмы с помощью зондов Ленгмюра и оптической эмиссионной спектроскопии определен характер и сделаны предположения о механизмах влияния варьируемых параметров на характеристики электронной и ионной компонент плазмы. В частности, показано, что замена аргона на гелий при постоянном содержании SF6 влияет на температуру электронов, концентрации заряженных частиц и электроотрицательность плазмы через изменение суммарной скорости ионизации и потерь энергии электронов при их взаимодействии с доминирующими нейтральными частицами. Установлено, что максимальный эффект на концентрацию атомов фтора оказывает варьирование вкладываемой мощности (в ~ 9 раз при W = 800–1250 Вт), при этом влияние соотношения Ar/He и давления газа (особенно в области p < 15 мтор) выражены слабо. Причиной такой ситуации являются противоположные тенденции температуры и концентрации электронов, приводящие к малым изменениям эффективной частоты процессов вида SFx + e → SFx-1 + F + e. Найдено, что плотности потоков атомов фтора (ГF) и положительных ионов (Г+) следуют изменениям концентраций соответствующих частиц, при том минимальные значения отношения ГF/Г+ в смесях с преобладающим содержанием He наблюдаются в области низких давлений и уровней вкладываемой мощности.
Для цитирования:
Мяконьких А.В., Кузьменко В.О., Ефремов А.М., Руденко К.В. Параметры плазмы и концентрация атомов фтора в смеси SF6 + Ar + He: влияние соотношения Ar/He, давления и вкладываемой мощности. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 3. С. 42-49. DOI: 10.6060/ivkkt.20256803.7130.
Литература
Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors. Tokyo: Springer Internat. Publ. 2015. 116 p. DOI: 10.1007/978-3-319-10295-5.
Wolf S., Tauber R.N. Silicon Processing for the VLSI Era. Volume 1. Process Technology. New York: Latt. Press. 2000. 416 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.
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.
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: 10.1116/1.58209.
Schaepkens M., Standaert T.E.F.M., Rueger N.R., Sebel P.G.M., Oehrlein G.S., Cook J.M. 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.
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.
Oehrlein G.S. Future of plasma etching for microelectronics: Challenges and opportunities. J. Vac. Sci. Technol. B. 2024. V. 42. P. 041501. DOI: 10.1116/6.0003579.
Dussart R., Tillocher T., Lefaucheux P., Boufnichel M. Plasma cryogenic etching of silicon: from the early days to today’s advanced technologies. J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. P. 123001. DOI: 10.1088/0022-3727/47/12/123001.
Rudenko M.K., Myakon’kikh A.V., Lukichev V.F. Monte Carlo simulation of defects of a trench profile in the process of deep reactive ion etching of silicon. Russ. Microelectr. 2019. V. 48. N 3. P. 157-166. DOI: 10.1134/S1063739719030090.
Yoon S.F. Dry etching of thermal SiO2 using SF6-based plasma for VLSI fabrication. Microelectr. Eng. 1991. V. 14. N 1. P. 23-40. DOI: 10.1016/0167-9317(91)90164-9.
Kokkoris G., Panagiotopoulos A., Goodyear A., Cooke M., Gogolides E. A global model for SF6 plasmas coupling reaction kinetics in the gas phase and on the surface of the re-actor walls. J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. P. 055209. DOI: 10.1088/0022-3727/42/5/055209.
Mao M., Wang Y.N., Bogaerts A. Numerical study of the plasma chemistry in inductively coupled SF6 and SF6/Ar plasmas used for deep silicon etching applications. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44. P. 435202. DOI: 10.1088/0022-3727/44/43/435202.
Lallement L., Rhallabi A., Cardinaud C., Peignon-Fernandez M.C., Alves L.L. Global model and diagnostic of a low-pressure SF6/Ar inductively coupled plasmа. Plasma Sources Sci. Technol. 2009. V. 18. P. 025001. DOI: 10.1088/0963-0252/18/2/025001.
Rauf S., Ventzek P.L.G., Abraham I.C., Hebner G.A., Woodworth J.R. Charged species dynamics in an inductively coupled Ar/SF6 plasma discharge. J. Appl. Phys. 2002. V. 92. N 12. P. 6998-7007. DOI: 10.1063/1.1519950.
Handbook of Chemistry and Physics. New York: CRC Press. 2023. 1580 p.
Chiad B.T., Al-Zubaydi T.L., Khalaf M.K., Khudiar A.I. Characterization of low pressure plasma dc discharges (Ar, SF6 and SF6/He) for Si etching. Indian J. Pure Appl. Phys. 2010. V. 48. P. 723-730.
Rezvanov A., Miakonkikh A.V., Vishnevskiy A.S., Rudenko K.V., Baklanov M.R. Cryogenic etching of po-rous lowk dielectrics in CF3Br and CF4 plasmas. J. Vac. Sci. Technol. B. 2017. V. 35. P. 021204.
Miakonkikh A., Kuzmenko V., Efremov A., Rudenko K. A comparison of CF4, CBrF3 and C2Br2F4 Plasmas: Physical Parameters and Densities of Atomic Species. Vacuum. 2022. V. 200. P. 110991. DOI: 10.1016/j.vacuum.2022.110991.
Shun’ko E.V. Langmuir probe in theory and practice. Boca Raton: Universal Publ. 2008. 245 p.
Lopaev D.V., Volynets A.V., Zyryanov S.M., Zotovich A.I., Rakhimov A.T. Actinometry of O, N and F atoms. J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. P. 075202. DOI: 10.1088/1361-6463/50/7/075202.
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. P. 471-478. DOI: 10.1116/1.3106626.
Efremov A.M., Bobylev A.V., Kwon K.-H. Plasma parametrs and silicon etching kinetics in CF4 + C4F8 + O2 mixture: effect of CF4/C4F8 mixing ratio. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 6. P. 29-37. DOI: 10.6060/ivkkt.20246706.6982.
Efremov A.M., Bashmakova D.E., Kwon K.-H. Features of plasma composition and fluorine atom kinetics in CHF3+ O2 gas mixture. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 48-55. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6667.
Raju G.G. Gaseous electronics. Tables, Atoms and Molecules. Boca Raton: CRC Press. 2012. 790 p. DOI: 10.1201/b11492.
Christophorou L.G., Olthoff J.K. Fundamental electron interactions with plasma processing gases. New York: Springer Science+Business Media LLC. 2004. 776 p. DOI: 10.1007/978-1-4419-8971-0.
