ИСТИНА

В ходе выполнения НИР были исследованы механизмы взаимодействия плазмы с нанопористыми материалами с ультра низкой константой диэлектрической проницаемости (ULK материалами) нового поколения с применением современной технологии многочастотных плазменных реакторов, позволяющих прецизионно управлять параметрами плазмы, и определение диапазона режимов бездефектного плазменного травления наноразмерных анизотропных структур в ULK пленке и удаления остаточного резиста.

Проведенные в рамках проекта исследования процессов взаимодействия плазмы с поверхностью материалов с ультра низкой константой диэлектрической проницаемости с участием межуниверситетского микроэлектронного центра IMEC позволили получить следующие важные фундаментальные результаты, которые могут быть востребованы в технологии. - Исследованы характеристики ВЧ разрядов, такие как плотность плазмы и энергия электронов, а также поток ионов и энергетический спектр ионов в одночастотном и двухчастотном емкостном разряде в смеси Ar/CHF3. - Исследовано воздействие ионов на low-k материалы при изменении энергии ионов при заданном потоке ионов. - Показано, что для материалов с небольшим радиусом пор возможен эффективный механизм их запечатывания, который реализуется только при одновременном воздействии ионов и ВУФ фотонов за счет интенсивного поглощения ВУФ фотонов углеводородами а также метильными группами. - Показано, что бомбардировка низкоэнергетичными ионами стимулирует удаление водорода из неупорядоченной углеводородной структуры, созданной ВУФ фотонами и индуцирует ее преобразование в плотную углеродную сетку. Увеличение энергии ионов приводит к распылению и разрушению «запечатанного» поверхностного слоя - Измерены спектры излучения фторуглеродной плазмы в смесях CF4/H2/O2 и CF4/Ar и CHF3/Ar в условиях характерных для плазмохимического травления. Показано, что интенсивность излучения фторуглеродной плазмы в ВУФ области во многом определяется концентрацией радикалов CF2 и полимерных радикалов CxFy . Было показано, что поток фотонов в ВУФ области спектра на поверхность образца, обрабатываемого в типичных условиях фторуглеродной плазмы ССР реактора низкого давления, может достигать интегрально ~ 1015 фотонов/см2. Такой поток может привести к заметной деградации ULK материала за время обработки (травления). - Измерены плотности атомов F и Н, и радикалов CF2 в ДЧ ССР плазме в смесях CF4/Ar и CHF3/Ar . Определены потоки этих активных частиц на поверхность в условиях их быстрой поверхностной гибели, когда на поверхности активно идут процессы полимеризации и травления. Измерены вероятности гибели для атомов H, F и радикалов CF2 на поверхности фторуглеродной пленки. - Измеренные потоки и вероятности гибели атомарного фтора и CF2 позволяют корректным образом контролировать баланс скорости рождения и гибели фтора и фторуглеродных радикалов, что важно, так как этот баланс во многом контролирует скорость, селективность и степень деградации ULK материалов при их плазмохимическом травлении. - С использованием разработанной самосогласованной МЧЯ МКС модели разряда исследована зависимости концентраций и потоков основных радикалов, в смесях Ar/CF4, Ar/CHF3 и Ar/CF4/CF3I. Проведен сравнительный анализ образования и гибели атомов F, H и радикалов CF2 в газовых смесях Ar/CF4 и Ar/CHF3. - Выявлены особенности плазмохимии разряда в смеси Ar/CF4/CF3I c добавлением CF3I. Проанализированы возможные дополнительные каналы образования радикалов CF2 в CF3I содержащей плазме. - Исследован механизм ион-стимулированных процессов модификации и травления ULK пленок во фторуглеродной плазме и ее послесвечении. - Показано, что механизм травления ULK материалов атомами фтора включает три основные стадии. Первая – реакции экстракции атомов водорода с заменой на атомы фтора в метильном покрове внутренней поверхности пор. Вторая - образование фторуглеродного слоя на поверхности пор. Третья – это образование фторуглеродного SixOyCzFp слоя на поверхности пор и собственно травление ULK SiOCH пленки с образование летучих продуктов. - Исследовано влияние пористости ULK SiOCH пленок на их деградацию как при воздействии жесткого ВУФ излучения, так и при взаимодействии с атомарным фтором. - Показано, что степень деградации во многом определяется эффективным квантовым выходом метильных групп при разрушении Si-CH3 связей. - Для разных длин волн излучения получены значения фундаментальных параметров – сечений фотопоглощения и квантового выхода фотодисоциации S-CH3, являющиеся новой и чрезвычайно важной информацией для понимания взаимодействия излучения с ULK пленками и механизмов их радиационного повреждения. - Показано, что самым разрушительным для ULK пленок является излучение ксенона (147 нм), для которого сечения фотопоглощения и фотодиссоциации примерно в 3 раза меньше, чем соответствующие сечения для излучения Ar (106 нм) и Не (58 нм), т.е. излучение Хе (147 нм) разрушает меньше Si-CH3 связей на один фотон, но зато проникает значительно глубже в ULK пленки. - Показано, что квантовый выход CH3 при поглощении ВУФ фотона скачком меняется вплоть до максимального значения при достижении порога перколяции, т.е. наибольшей степени соединнности пор, когда радикалы CH3 способны «свободно» выходить из объема нанопористой SiOCH пленки. - Разработана одномерная самосогласованная численная модель емкостного ВЧ разряда. Разработанная модель позволяет рассчитывать потоки заряженных и нейтральных частиц с учетом их энергетического спектра и процессов на поверхности. Данная модель эффективна для анализа экспериментальных данных. - На основе экспериментальных данных разработаны модели для определения вероятностей и сечений фундаментальных процессов, определяющих разрушение ULK пленок в результате воздействия ионов, радикалов и фотонов. Получены вероятности реакций, рекомбинаций и гибели для атомов O, H и F при их взаимодействии с ULK материалами. - Выявлены стадии, определяющие, в целом, механизм повреждения и травления SiOCH low-k пленок атомами F. Показано, что образование фторуглеродного слоя на поверхности пор ускоряет проникновение атомов фтора в пленку. В результате наблюдается травлении low-k материала c достаточно высокой скоростью, в отличие от обычного SiO2.