Экспериментальное исследование параметров низкотемпературной плазмы в плазмохимических реакторах для микро- и наноэлектроники

• Автор: Суханов, Яков Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08, 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I ИСТОЧНИКИ ПЛАЗМЫ В МИКРО И НАНОЭЛЕКТРОНИКЕ

И МЕТОДЫ ИХ ДИАГНОСТИКИ

1.1 Введение

1.2 Источники плазмы в микроэлектронике.

1.2.1 Источники плазмы с совмещенными зонами.

1.2.2. Источники плазмы с разделенными зонами

1.2.2.1. Источники плазмы без магнитного поля.

1.2.2.2 Источники плазмы с магнитным полем

1.3. Методы диагностики плазмы в микроэлектронике

1.3.1 Метод электрических зондов, его применение для оптимизации технологического плазменного оборудования
ГЛАВА II ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДИОДНОГО ТИПА НА
БАЗЕ НЧ РАЗРЯДА
2.1. Экспериментальная установка.
2.1.2. Схема зондовых измерений
Щр 2.2. Особенности зондовой диагностики плазмы
электроотрицательных молекулярных газов при средних давлениях
2.2.1. Учт влияния стока электронов на зонд.
2.2.2. Диагностика по ионной ветви зондовой характеристики.
2.3. Экспериментальные результаты
2.3.1. Режим горения разряда.
2.3.2. ФРЭЭ и е моменты.
2.3.3. Определение концентрации положительных ионов
2.3.4. Потенциал плазмы
2.4. Зондовые методы диагностики процессов плазмохимического
травления
ГЛАВА III ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР НА ОСНОВЕ
ИСТОЧНИКА ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМЫ
3.1. Технологическая установка.
3.1.1. ВЧ источник с индуктивным возбуждением плазмы
3.1.2. Измерительный комплекс
3.2. Особенности зондовой диагностики индуктивно связанной
плазмы электроотрицательных молекулярных газов в плазмохимических установках
3.2.1. Электромагнитные поля в зоне измерений
3.2.2. Конечное значение сопротивлений элементов зондовой
3.2.3. Колебания потенциала плазмы.
3.3. Методика обработки зондовых измерений
3.4. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
3.4.1. Зависимости параметров плазмы от вкладываемой в
разряд мощности
3.4.2. Влияние магнитной системы защиты стенок на
радиальную однородность параметров плазмы
ГЛАВА IV ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР НА ОСНОВЕ СВЧ
ИСТОЧНИКА
4.1. Технологическая установка
4.2. Ионная ветвь ВАХ одиночного электрического зонда Ленгмюра
в плазме электроотрицательных газов, влияние отрицательных
Ь ионов на образование слоя пространственного заряда.
4.3. Экспериментальные результагы и их обсуждение.
4.3.1. Зависимости параметров плазмы от вкладываемой в
разряд мощности
4.4. Радиальная однородность параметров плазмы. Сравнение 1СР и
СВЧ источников с точки зрения их применимости в
технологии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
ЛИТЕРАТУРА


Таким образом, концентрации как положительных, так и отрицательных ионов в разряде практически не зависят от давления и растут с ростом вложенной мощности, а концентрация электронов слабо растёт с ростом давления. Максимальная величина п^/пеъ и падает с уменьшением вкладываемой мощности и ростом давления. Последнее аналогично ситуации в плазме положительного столба РПТ, однако зависимость п_ / пе от тока разряда противоположна: п_ ! Одиночный зонд Ленгмюра предложен для изучения эволюции параметров плазмы НЧ разряда в СгР6 в процессе травления слоя БЮг на кремнии и возможности определения момента окончания травления в диодном плазмохимическом реакторе. Перспективность использования метода связана с высокой чувствительностью зонда к изменению внутренних параметров плазмы разряда, возможностью регистрации временного хода зондового тока или эволюции ВАХ; простотой технической реализации метода. Мониторинг зондового тока при фиксированном напряжении смещения является наиболее простой и удобной формой контроля процесса травления. Рабочая точка на ВАХ выбиралась в электронной части (между потенциалом пространства и плавающим потенциалом). Во всех случаях зависимость тока от времени проходит через экстремум и выходит на насыщение. Выход зондового тока на новое стационарное значение обусловлен полным стравливанием слоя БЮг и установлением новых параметров плазмы, соответствующих медленному взаимодействию рабочего газа с поверхностью кремниевой пластины. Характерно, что время насыщения зондового тока линейно зависит от мощности питающего генератора. Повышение давления рабочего газа ускоряет процесс насыщения. Таким образом, наблюдаемые зависимости коррелируют с известными зависимостями скорости травления от мощности разряда и давления рабочего газа. Пс*4. В процессе травления БЮг концентрация отрицательных ионов растёт, отношение п+/п< достигает величины щ/Пе». Увеличение доли отрицательных ионов при травлении окисла разумно объяснить поступлением ионов О' в разряд. К концу травления значения концентрации заряженных частиц начинают приближаться к уровню, соответствующему разряду без пластины. В главе III представлены результаты исследования параметров плазмы ВРз ВЧ источника плазмы с индукционным возбуждением (1СР). Источник представляет собой цилиндрическую камеру из нержавеющей стали 0 см и высотой см с плоской антенной - спиралью Архимеда. Зона генерации плазмы находится в верхней части разрядной камеры. Для уменьшения потерь плазмы на стенках используется мультипольная система магнитной защиты. Измерения проводились в диапазоне вкладываемых мощностей 0 - Вт при давлениях в камере 0,5 - мТор. Кроме модельного газа (аргона) исследовалась плазма ВРз, применяемого в процессе плазменно-иммерсионной ионной имплантации. Таким образом, условия проведения экспериментов полностью соответствовали промышленным плазмохимическим установкам микроэлектроники. Для учета факторов, осложняющих применение классической зондовой диагностики, были проведены оценки глубины скин-слоя, измерено распределение величины магнитного поля, создаваемого в камере пристеночной системой постоянных магнитов. Было установлено, что ни постоянное магнитное поле, ни ВЧ магнитное поле источника не влияют на электронный и ионный токи насыщения ленгмюровского зонда в зоне измерения. Известно, что наличие колебаний потенциала плазмы в области расположения зонда приводит к появлению методических погрешностей зондовых измерений, тем более существенных, чем больше амплитуда переменных колебаний. В мощном технологическом реакторе, в отличие от лабораторного эксперимента, спектр колебаний потенциала плазмы гораздо шире. Поэтому при проведении зондовых измерений нами широко использовались резонансные фильтры на частоты гармоник генератора в 1СР плазме и нерезонансный фильтр высоких частот для 0 кГц и выше. Поскольку измерения проводились в технологическом газе, перед каждым измерением проводилась очистка поверхности зонда. Из-за отсутствия данных по сечениям столкновений ВРз для оценки длины свободного пробега электронов Я, и ионов Я, использовались данные по тетрафторметану С? В исследуемом диапазоне давлений 0.