Исследование процессов в плазме многочастотных емкостных разрядов при масштабировании по мощности и размерам плазменных реакторов третьего поколения для наноэлектроникиНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2008 г.-31 декабря 2008 г. этап 2008 года
Результаты этапа: Показано, что в ДЧ случае огибающая полного тока также модулируется низкой частотой и имеет несинусоидальную форму. Однако, в отличие от НЧ случая, электронный ток на электроде не равен максимальному полному току, но достаточно высокий, чтобы возмущать полный ток. Как показал Фурье анализ, амплитуда тока в ДЧ плазме не равна сумме синусоидальных амплитуд на ОВЧ и НЧ. Этот вывод очень важен для выбора входных параметров для моделирования, поскольку очень часто задаются именно синусоидальные токи. Впервые разработаны аналитическая и полуаналитическая модели, описывающие формирование функции распределения ионов по энергиям (ФРИЭ) в двухчастотном ВЧ разряде в бесстолкновительном и слабостолкновительном случах, соответствующих режимам, используемых в технологических процессах. Проведенное сравнение результатов полуаналитических расчетов с результатами численного моделирования по самосогласованной модели и с экспериментальными данными в одночастотном и двухчастотном ВЧ разряде в аргоне при давлениях 20 и 45 мТор показало применимость полуаналитических моделей. Проанализирована возможность разделения функции высокой и низкой частоты при формировании ионного энергетического спектра. Проведены измерения плотности плазмы и температуры электронов, а также пространственные распределения радикалов CF2, F, H в межэлектродном зазоре в смесях CHF3/Ar и CF4/Ar на высокой частоте (81 МГц) и в двухчастотном режиме на частотах (1.76 МГц – 81 МГц) при давлении 45 мТор. На основе расчетов по самосогласованной модели в разряде на частоте 81 МГц дано объяснение, наблюдаемой в эксперименте, аномально высокой концентрации радикалов CF2 в смеси CHF3/Ar по сравнению с CF4/Ar. Показано, что причиной, высокой концентрации радикалов являются каталитические реакции. Проанализированы реакции, обусловливающие разветвление и обрыв цепи.
2 1 января 2009 г.-31 декабря 2009 г. этап 2009 года
Результаты этапа: Проведены исследования влияния поверхности электродов на концентрацию радикалов в ДЧ плазме. Получено, что добавление низкой частоты 1.76 МГц ведет к значительному увеличению энергии ионов, падающих на поверхность электродов. Ионы, имеющие энергию больше порога поверхностных ион-стимулированных процессов, начинают инициировать процесс разрушения фторуглеродной пленки на электродах, что влияет на профили радикалов в межэлектродном зазоре. Показано, что поверхность ВЧ электродов способна оказывать значительное влияние на концентрацию фторуглеродных радикалов в плазме ВЧ разряда. Было экспериментально продемонстрировано, что во фторуглеродной плазме имеется возможность влиять, а значит и управлять процессом травления связанным с фтоуглеродной пленкой на поверхности. Это может быть использовано, например, в технологии высокоселективного травления нанопористых диэлектрических low-k материалов на основе SiOCH пленок. Исследование разряда на частоте 81МГц в газовых смесях Ar/CF4 и Ar/CHF3 показало, что в этом случае поверхность не определяет дополнительный источник радикалов в газовой фазе. Это дало возможность для детального анализа кинетических процессов, протекающих в сложной плазме фторуглеводородов, в частности, впервые обнаружить роль цепных реакций в образовании радикалов. Было обнаружено, что механизм цепных реакций играет определяющую роль в образовании радикалов CFx в Ar/CHF3 разряде. Проведено исследование особенностей вторичной электронной эмиссии в разряде на низкой частоте и ДЧ разряде. Показано, что в одночастотном разряде на частоте 1.76 МГц, а также в двухчастотном разряде 1.76 МГц – 81 МГц амплитуда напряжения на низкой частоте может достигать высоких значений. Получено, что в рассматриваемых условиях в выражении для вероятности эмиссии электронов из электрода под ударом иона необходимо учитывать зависимость от энергии ионов. Исследована роль быстрых и метастабильных атомов и резонансного излучения аргона на эффект вторичной электронной эмиссии. Получено, что основной вклад во вторичную электронную эмиссию в разряде в аргоне вносят процессы взаимодействия ионов и быстрых атомов с электродами. Полученные экспериментальные данные проанализированы на основе самосогласованной численной модели емкостного ВЧ разряда. Для этого был разработан многоцелевой гибридный алгоритм, в котором использован чисто кинетический подход «Частиц в Ячейке с Монте Карло столкновениями» для корректного описания движения заряженных (электроны, положительные и отрицательные ионы) и быстрых частиц в плазме низкого давления, в то время как поведение всех нейтральных компонент описывалось на основе гидродинамической модели. Данный алгоритм позволил учесть сложную плазмохимию в исследуемых газовых смесях в условиях сильной нелокальности в кинетике электронов и ионов.
3 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. этап 2010 года
Результаты этапа: Показано, что в ДЧ ВЧЕ разряде фторуглеродов и фторуглеводородов, используемых в технологических смесях для анизотропного травления, возможно создание условий для функционального разделения частот, несмотря на сильную нелинейность системы. Выявлены критерии взаимного влияния частот в ДЧ ВЧЕ плазме фторуглеводородов. На основе расчетов по самосогласованной модели в разряде на частоте 81 МГц дано объяснение, наблюдаемой в эксперименте, аномально высокой концентрации радикалов CF2 в смеси CHF3/Ar по сравнению с CF4/Ar. Впервые показана определяющая роль цепных реакций в образовании радикалов CFx в Ar/CHF3 разряде. На основе данных по пространственным распределениям атомов F и H и радикалов CF2 в плазме ДЧ ВЧЕ разряда при различных условиях получены sticking коэффициенты для атомов H, F и радикалов CF2 в условиях «богатой» и «обедненной» атомарным фтором фторуглеродной плазмы, т.е. когда соотношение [CF2]/[F] достаточно велико или мало. Проведены исследования влияния поверхности электродов на концентрацию радикалов в ДЧ плазме. Показано, что добавление низкой частоты 1.76 МГц ведет к значительному увеличению энергии ионов, падающих на поверхность электродов. Ионы, имеющие энергию больше порога поверхностных ион-стимулированных процессов, инициируют процесс разрушения фторуглеродной пленки на электродах, что влияет на профили радикалов в межэлектродном зазоре. Проведено исследование особенностей вторичной электронной эмиссии в разряде на низкой частоте и ДЧ разряде. Исследовано влияние ионов, быстрых и метастабильных атомов и резонансного излучения аргона на эффект вторичной электронной эмиссии. Показано, что движение ионов в разряде на НЧ и ДЧ ВЧЕ разряде при большой мощности на низкой частоте носит динамический характер. Это приводит к эффекту нестационарности в высокоэнеогетичной части функции распределения электронов по энергии и несинусоидальности тока даже в симметричном разряде. Показано существенная роль вторичной электрон-электронной эмиссии в определении параметров плазмы в таких режимах. Впервые объяснены фундаментальные физические причины явления горения разряда в CF4 в двух модах. Показано, что обнаруженные моды соответствуют: режиму электроотрицательной плазмы с относительно высокой электронной температурой и режиму электроположительной плазмы с очень низкой температурой электронов в области квазинейтральной плазмы. Показано, что эффект накопления холодных электронов (электроположительная мода) связан с одновременным присутствием рамзауэровского минимума в транспортном сечении и больших неупругих потерь на возбуждение колебательных уровней в диапазоне энергий 0.1-1 эВ. Было проанализирована точка перехода между двумя режимами в зависимости от давления газа.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".