Моделирование источников плазмы для современных технологий микроэлектроники

• Автор: Арсенин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Актуальность темы

Цель диссертационной работы

Научная новизна работы

Основные положения, выносимые на защиту

Практическая значимость работы

Апробация работы

Структура и объем диссертации

ГЛАВА

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Ионно-плазменные технологии в микроэлектронике

1.2 Источники плазмы для современных технологий микроэлектроники

1.2.1 ВЧ индукционный разряд
1.2.2 Геликонный разряд
1.2.3 ЭЦР-разряд
1.2.4 Neutral Loop Discharge
1.2.5 Пучково-плазменный разряд
1.3 Моделирование плазмы газовых разрядов низкого давления
1.3.1 Гидродинамическое приближение
1.3.2 Кинетическая модель
1.3.3 Гибридные модели 35 ГЛАВА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОД KARAT
2.1 Введение
2.2 Моделирование плазмы методом крупных частиц
2.2.1 Основные уравнения
2.2.2 Интегрирование уравнений Максвелла
2.2.3 Граничные условия
2.2.4 Уравнение Пуассона
2.2.5 Интегрирование уравнений движения
2.2.6 Взвешивание сил и частиц
2.2.7 Ограничение на размер ячейки и число частиц в дебаевской сфере
2.3 Инжекция и поглощение частиц на границах
2.4 Учет столкновений по методу Монте-Карло
2.5 Линейная плазма и диэлектрики
ГЛАВА
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЧ ИНДУКЦИОННОГО РАЗРЯДА С 51 НЕЙТРАЛЬНЫМ КОНТУРОМ (NLD)
3.1 ВЧ индукционный разряд с нейтральным контуром

3.2 Определение структуры разряда и факторов, ее определяющих
3.2.1 Введение
3.2.2 Исходная модель и вычислительный алгоритм
3.2.3 Основные результаты и их обсуждение
3.2.4 Заключение
3.3 Бесстолкновительные механизмы нагрева электронов в N13)
3.3.1 Введение
3.3.2 Бесстолкновительный нагрев в области нейтрального контура
3.3.3 Модель
3.3.4 Основные результаты и их обсуждение
3.3.5 Заключение
3.4 Новые разрядные системы на основе N13)
3.5 Выводы ГЛАВА
МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОВОЛНОВОГО ИСТОЧНИКА ПЛАЗМЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
4.1 Микроволновый источник плазмы на электронно-циклотронном резонансе
4.2 Модель источника
4.3 Параметры источника
4.4 Результаты моделирования и их обсуждение
4.5 Выводы ГЛАВА
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУЧКОВО-ПЛАЗМЕННОГО РАЗРЯДА (ППР)
5.1 Введение
5.2 ППР в скрещенных электрическом и магнитном полях
5.3 Модель разрядной системы
5.4 Численное моделирование
5.5 Оценка энергетической эффективности распылительной системы на основе ППР
5.6 Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ БЛАГОДАРНОСТИ СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ СПИСОК ТАБЛИЦ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы.
Одной из наиболее актуальных задач современной микроэлектронной промышленности является создание технологий, обеспечивающих производство микроэлектронных компонентов с характерными размерами микроструктур 0.065 мкм на подложках диаметром 300 -400 мм, Решение этой задачи связано, в том числе, и с разработкой источников плазмы для технологий плазменного травления, так как переход полупроводниковой индустрии на новый технологический процесс требует, как правило, замены источников плазмы, используемых при травлении кремниевых пластин. Как известно, с увеличением диаметра пластин растет производительность технологического процесса. С другой стороны, повышение качества получаемых покрытий и точности обработки требует снижения давления в рабочей камере, высокой пространственной однородности активной плазменной среды у поверхности пластины и обеспечения определенных энергетических характеристик частиц, образующих плазму. Эти требования могут быть выполнены только за счет создания адекватных им источников низкотемпературной плазмы низкого давления (порядка 10ц - 10-3 Topp) и достаточно большой плотности (порядка IO10 - 1012 см-3). Разработка таких источников плазмы связана с решением задачи всестороннего исследования механизмов, ответственных за образование плотной плазмы в разрядах при низком давлении рабочего газа. Ранее подобные исследования были выполнены для ВЧ емкостного и ВЧ индукционного разрядов. В этих исследованиях с успехом применялись современные методы математического моделирования в тесной связи с теорией и экспериментом. В частности, с помощью методов численного моделирования получены функции распределения электронов по энергиям и их зависимость от параметров разряда, обнаружен стохастический нагрев электронов в ВЧ емкостном разряде и прояснены бесстолкновительные механизмы нагрева в ВЧ индукционном разряде.
В настоящее время в качестве наиболее перспективных рассматриваются источники плазмы на ВЧ индукционном разряде, усиленном магнитным полем, на электронном циклотронном резонансе и на пучково-плазменном разряде.
для энергий вблизи порога ионизации [95].
В настоящее время разработаны алгоритмы для учета столкновений ионов с нейтралами [95, 100], при необходимости они могут быть включены в код KARAT.
2.5 Линейная плазма и диэлектрики
Введение дополнительного тока }а в уравнения Максвелла (2.3 и 2.4) расширяет возможности кода KARAT для моделирования различных сред, в частности, проводящих областей, диэлектриков и линейной плазмы. Уравнения Максвелла с током ja имеют вид
„ 4п. . 1 6Е то/В = —(J+ !„) + —— с сот
1 С®
готЕ
с dt
(2.42)
где + р. Для проводящей области с проводимостью сг
вычисляется ток
Ь=аЕ. (2.43)
Для расчета диэлектриков с диэлектрической проницаемостью е вычисляется ток
(2’44)
4 ж б
Для элемента с магнитной проницаемостью ц вычисляется ток
1--;Нт1в) <г'45)
Для описания плазмы используется линейная модель или модель проводящей жидкости, которая описывает свойства плазмы в приближении магнитной гидродинамики. Плазма в рамках этой модели описывается плазменным током :
%+>'.Ь=7=-Е+—0,хВ]. (2.46)
ш и Ап тс у
В соответствии с уравнением непрерывности
^ = -ЛЧ, (2.47)
б
необходимо учитывать плотность заряда ра при решении уравнения Пуассона.