Плазменные технологии в микроэлектронике. Часть 2. Особенности радикального травления полупроводниковых материалов в галогенсодержащей плазме (110,00 руб.)

Стр.1

Стр.3

Стр.6

Стр.7

Стр.8

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ Часть 2 Особенности радикального травления полупроводниковых материалов в галогенсодержащей плазме Учебно-методическое пособие для вузов Воронеж Издательский дом ВГУ 2014 1

Стр.1

СОДЕРЖАНИЕ Введение ................................................................................................................. 4 1. Теоретическая часть .......................................................................................... 5 1.1. Элементарные процессы и реакции в плазме под действием электронного удара ................................................................................ 5 1.1.1. Механизмы генерации химически активных частиц ................ 5 1.1.2. Рекомбинация химически активных частиц .............................. 7 1.1.3. Уравнение непрерывности и его решение для химически активных частиц в разрядной зоне ................. 11 1.2. Определение времени жизни, диффузионной длины и коэффициента диффузии химически активных частиц при радикальном травлении ............................................................... 13 2. Экспериментальная часть ............................................................................... 16 2.1. Экспериментальная установка ........................................................... 16 2.2. Методика эксперимента ...................................................................... 17 Контрольные вопросы ........................................................................................ 19 Литература ........................................................................................................... 19 Приложение ......................................................................................................... 20 3

Стр.3

CF4 + е → CF4 CF4 + e → CF3 ++ F• + 2е, •+ F–. Тип реакции Типы реакций, протекающих в плазме Схема Реакции под действием электронного удара (е) Возбуждение Диссоциативное прилипание Диссоциация Ионизация Диссоциативная ионизация Диссоциация Пеннинга Ионизация Пеннинга Перезарядка Ионизация при столкновении Ион-атомная рекомбинация Ион-ионная рекомбинация Электрон-ионная рекомбинация Атомная рекомбинация Атомный перезахват Атомное дополнение Атомная рекомбинация Стабилизация частиц Распыление Диссоциация Ионизация Возбуждение АВ + е → АВ* + е АВ + е → АВ*→А* + В АВ* → А *+ В* + e АВ + е → АВ* → А + В + е АВ + е → АВ* + 2е АВ + е → А* + В + 2е Реакции при неупругих столкновениях между тяжелыми частицами М* + А2 → 2А + М М* + А2 → А2 М+ + А2 → А + М М– + А2 → А2 М + А2 → А2 А– + А → А2 + е М– + А2 +→ 2А М–+ А → 2А + М е + А2 е + А2 + + М + е + → А2 + М + + М → А2 + М 2А + М → А2 + М А + ВС → АВ + С А + ВС + М → ABC + М Гетерогенные реакции (Rn – поверхность твердого тела) Rn – A + A → S + A2 Rn – B + A → S + AB Rn + А* → S + А Rn + АВ* → S + АВ Rn – А + М+ → S + А + М Реакции под действием излучения плазмы (hv) АВ + hv → А + В АВ + hv → А+ + В– АВ + hv → АВ* Наличие в плазме ВЧ-разряда F•, CF3 •, CF3 + и F– подтверждает, что могут иметь место все указанные выше каналы диссоциации. Однако экспе6 + + М + е – + М (1.4) (1.5) Таблица 1.1

Стр.6

риментальные данные показывают, что более 75 % диссоциирующих молекул распадаются на радикалы CF3 • и F• по схеме (1.3). В газоразрядной плазме сильно электроотрицательных газов (SF6, ССl4 и др.) диссоциативное прилипание может стать основным каналом образования ХАЧ: SF6 + е → (SF6 SF6 + е → (SF6 –)* → SF5 ¯ + F•, –)* → SF5*+ F–. (1.6) (1.7) Диссоциативным прилипанием электрона к молекуле CF4 в плазме, которая обычно используется для РТ, можно пренебречь. Этот механизм вносит заметный вклад в диссоциацию молекулы CF4 лишь при очень малой мощности разрядов. Малый вклад диссоциативной ионизации, приводящей к образованию положительных ионов и радикалов по схеме (1.4), связан с тем, что средняя энергия электронов в разряде Еэ (3–6 эВ) значительно ниже пороговой энергии ионизации ( ) молекул рабочего газа. Для молекул CF4 = 16 эВ, а максимум сечения процесса σmax(Еэ) наблюдается при значениях Еэ.max = = 70 эВ. Поэтому можно считать, что в ВЧ-разрядах CF4 основным каналом генерации радикалов F* является диссоциация молекул по схеме (1.3) и, следовательно, , F• , (1.8) Где G GCF3• – скорости генерации радикалов F* и CF3* в зоне разряда; nэ, nCF4 – концентрации электронов и молекул CF4 в плазменной зоне реактора; k1– константа скорости реакции (1.3), определяемая выражением (1.9) Здесь тэ – масса электрона; E – пороговая энергия диссоциации; пор дис σдис(Еэ) – сечение диссоциации; fэ(Eэ) – функция распределения электронов по энергиям. 1.1.2. Рекомбинация химически активных частиц В результате столкновений радикалов с различными частицами плазмы происходит их дезактивация в процессах рекомбинации. Причем для 7

Стр.7

простейших радикалов эффективность рекомбинации близка к единице, т.е. почти каждое столкновение приводит к дезактивации. Для сложных радикалов эффективность рекомбинации падает из-за возможности перераспределения внутренней энергии по связям. Рекомбинация радикалов осуществляется как в гетерогенных процессах CF3 CF3 так и в гомогенных CF3 CF3 • + F• + M → CF4* + M, F• + F• + M → F2* + M, • + CF3 • + M → C2F6* + M, (1.13) (1.14) (1.15) где M – третья частица, роль которой обычно играет молекула плазмообразующего газа, в данном случае CF4; Rn – поверхность твердого тела (стенки реактора, электроды и т.п.). В плазме CF4 без добавок О2 количество образующегося C2F6 очень мало, поэтому реакциями (1.12) и (1.15) можно пренебречь. Скорость гибели ХАЧ в единице объема реактора за счет процессов гомогенной рекомбинации (Rгом) можно записать в виде = = Скорость восстановления молекул CF4: , (1.18) где k2 и k3 – константы скоростей реакций; nF, nCF•3, nM – концентрация F•, CF3 • и «тушащих» частиц М. Рекомбинация фтора по механизмам (1.10) и (1.13) более вероятна, чем по механизму (1.11) и (1.14). Вероятность реакции (1.10) возрастает с понижением давления, а реакции (1.13) – с повышением. 8 . , (1.16) (1.17) • + F• + Rn → CF4* + Rn, F• + F• + Rn → F2 • + CF3 • + Rn, • + Rn C2F6* + Rn, (1.10) (1.11) (1.12) →

Стр.8