Концентрация атомов фтора и кинетика реактивно-ионного травления кремния в смесях CF4 + O2, CHF3 + O2 и C4F8 + O2
- Авторы: Ефремов А.М.1,2, Бобылев А.В.1, Kwon K.3
-
Учреждения:
- ФГБОУ ВО “Ивановский государственный химико-технологический университет”
- ЯрФ ФТИАН им. К.А. Валиева РАН
- Korea University
- Выпуск: Том 52, № 4 (2023)
- Страницы: 298-306
- Раздел: ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
- URL: https://journals.rcsi.science/0544-1269/article/view/138571
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0544126923700424
- EDN: https://elibrary.ru/GAQIOI
- ID: 138571
Цитировать
Аннотация
Проведено сравнительное исследование электрофизических параметров плазмы, концентраций атомов фтора и кинетики реактивно-ионного травления кремния в смесях CF4 + O2, CHF3 + O2 и C4F8 + O2 переменного (0–75% O2) начального состава. Показано, что доминирующим механизмом травления всегда является ионно-стимулированная химическая реакция Si + xF → SiFx, скорость которой имеет максимум в области 20–50% O2. По результатам диагностики плазмы установлено, что аналогичное поведение концентрации атомов фтора характерно только для смесей CF4 + O2 и CHF3 + O2, при этом в смеси C4F8 + O2 имеет место немонотонное изменение вероятности взаимодействия. Предположено, что причиной последнего эффекта является конкуренция процессов снижения толщины фторуглеродной полимерной пленки и окисления поверхности кремния атомами кислорода.
Ключевые слова
Об авторах
А. М. Ефремов
ФГБОУ ВО “Ивановский государственный химико-технологический университет”; ЯрФ ФТИАН им. К.А. Валиева РАН
Email: amefremov@mail.ru
Россия, 153000, Иваново, Шереметевский просп., 7; Россия, Ярославль, ул. Университетская, 21
А. В. Бобылев
ФГБОУ ВО “Ивановский государственный химико-технологический университет”
Email: amefremov@mail.ru
Россия, 153000, Иваново, Шереметевский просп., 7
K.-H. Kwon
Korea University
Автор, ответственный за переписку.
Email: amefremov@mail.ru
South Korea, 339-700, Sejong
Список литературы
- Roosmalen J., Baggerman J.A.G., H. Brader S.J. Dry etching for VLSI. N.Y.: Plenum Press, 1991.
- Wolf S., Tauber R.N. Silicon Processing for the VLSI Era. V. 1. Process Technology. N.Y.: Lattice Press, 2000.
- Nojiri K. Dry etching technology for semiconductors. Tokyo: Springer International Publishing, 2015.
- Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of plasma discharges and materials processing. N.Y.: John Wiley & Sons Inc., 1994.
- Stoffels W.W., Stoffels E., Tachibana K. Polymerization of fluorocarbons in reactive ion etching plasmas // J. Vac. Sci. Tech. A. 1998. V. 16. P. 87–95.
- Kay E., Coburn J., Dilks A. Plasma chemistry of fluorocarbons as related to plasma etching and plasma polymerization. In: Veprek S., Venugopalan M. (eds) Plasma Chemistry III. Topics in Current Chemistry. V. 94. Berlin, Heidelberg: Springer, 1980.
- 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.
- 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.
- Kimura T., Noto M. Experimental study and global model of inductively coupled CF4/O2 discharges // J. Appl. Phys. 2006. V. 100. P. 063303 (1–9).
- Plumb I.C., Ryan K.R. A model of the chemical processes occurring in CF4/O2 discharges used in plasma etching // Plasma Chem. Plasma Process. 1986. V. 6. P. 205–230.
- 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 Process. 2017. V. 37. P. 1445–1462.
- Mogab C., Adams A., Flamm D. Plasma Etching of Si and SiO2 – The Effect of Oxygen Additions to CF4 Plasmas // J. Appl. Phys. 1978. V. 49. P. 3796–3803.
- Efremov A.M., Murin D.B., Kwon K.-H. Concerning the Effect of Type of Fluorocarbon Gas on the Output Characteristics of the Reactive-Ion Etching Process // Russian Microelectronics. 2020. V. 49. № 3. P. 157–165.
- Efremov A.M., Murin D.B., Kwon K.-H. Features of the Kinetics of Bulk and Heterogeneous Processes in CHF3 + Ar and C4F8 + Ar Plasma Mixtures // Russian Microelectronics. 2019. V. 48. № 2. P. 119–127.
- 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. V. 41. P. 195211 (1–12).
- 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.
- 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.
- Li X., Ling L., Hua X., Fukasawa M., Oehrlein G.S., Barela M., Anderson H.M. Effects of Ar and O2 additives on SiO2 etching in C4F8-based plasmas // J. Vac. Sci. Technol. A. 2003. V. 21. P. 284–293.
- Lim N., Efremov A., Kwon K.-H. A comparison of CF4, CHF3 and C4F8 + Ar/O2 Inductively Coupled Plasmas for Dry Etching Applications // Plasma Chem. Plasma Process. 2021. V. 41. P. 1671–1689.
- Efremov A., Lee B.J., Kwon K.-H. On relationships between gas-phase chemistry and reactive-ion etching kinetics for silicon-based thin films (SiC, SiO2 and SixNy) in multi-component fluorocarbon gas mixtures // Materials. 2021. V. 14. P. 1432(1–27).
- 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.
- Shun’ko E.V. Langmuir Probe in Theory and Practice, Boca Raton: Universal Publishers, 2008.
- 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(1–17).
- 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.
- Coburn J.W. Plasma etching and reactive ion etching. N.Y.: AVS Monograph Series, 1982.
- Derkach V.P., Bagrii I.P., Chechko G.A. Modeling of plasma etching in microelectronics // Cybern. Syst. Anal. 1990. V. 26. P. 653–663.
- 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.
- Efremov A., Son H.J., Choi G., Kwon K.-H. On Mechanisms Influencing Etching/Polymerization Balance in Multi-Component Fluorocarbon Gas Mixtures // Vacuum. 2022. V. 206. P. 111518(1–10).
- Seah M.P., Nunney T.S. Sputtering yields of compounds using argon ions // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. № 25. P. 253001(1–24).
- Efremov A., Bashmakova D., Kwon K.-H. Features of plasma composition and fluorine atom kinetics in CHF3 + O2 gas mixture // ChemChemTech. 2023. V. 66. № 1. P. 48–55.
- d’Agostino R., Flamm D.L. Plasma etching of Si and SiO2 in SF6–O2 mixtures // J. Appl. Phys. 1981. V. 52. P. 162–167.
- Knizikevicius R. Simulations of Si and SiO2 Etching in SF6 + O2 Plasma // Acta Physica Polonica A. 2010. V. 117. № 3. P. 478–483.