Численное моделирование плазмохимических реакторов травления

• Автор: Горобчук, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 222 с. : ил

Содержание

Список сокращений и обозначений

Введение

ГЛАВА 1. Вычислительное моделирование плазмохимических реакторов травления

1. Плазмохимические реакторы травления

1.1. Плазмохимические реакторы в технологии производства микроэлектронных устройств

1.2. Характеристики плазмохимического травления .

1.3. Требования к качеству обработки полупроводниковых подложек

2. Математические модели плазмохимических реакторов .

2.1. ВЧразряд и плазменная кинетика в реакторе . .

2.2. Модели химической кинетики.

2.3. Моделирование гидродинамики и тепломассообмена 3. Проблемы численного моделирования и оптимизации процесса травления в ПХР
ГЛАВА 2. Развитие физикоматематической модели
плазмохимического реактора
1. Гидродинамика
2. Теплообмен.
3. Структура ВЧразряда.
4. Кинетика химических реакций в ВЧразряде в С. и
5. Массообмен.
6. Метод решения
ГЛАВА 3. Численная оптимизация плазмохимических реакторов травления
1. Оптимизация скорости и однородности травления в изотермическом планарном плазмохимическом реакторе . .
1.1. Постановка задачи и основные уравнения.
1.2. Результаты численного моделирования
Выводы.
2. Эффекты неизотермичности в плазмохимическом реакторе травления .
2.1. Постановка задачи и основные уравнения.
2.2. Результаты численного моделирования
3. Численный расчет плазмохимического реактора пониженного давления
3.1. Постановка задачи и основные уравнения.
3.2. Результаты численного моделирования
4. Сравнение моделей кинетики для тетрафторметана . . .
4.1. Постановка задачи и основные уравнения.
4.2. Результаты численного моделирования
5. Особенности интенсификации травления кремния в плазме СРОъ.
5.1. Постановка задачи и основные уравнения.
5.2. Результаты численного моделирования
Заключение
Литература


Давление в рабочей камере реактора влияет на соотношение вкладов конвекции и диффузии в процесс травления, а также на распределения энергий электронов и ионов в плазме, от которых зависит производство активных частиц и ионная бомбардировка поверхности образца. Обычно в процессах плазмохимического травления давление ограничено диапазоном - 3 Па. С понижением давления на режимах, близких к кинетическим по химическим реакциям и структуре течения, отмечается значительное падение скорости спонтанного травления, но качество травления образцов улучшается. Расчеты проводились по математической модели неизотермического ПХР, использующей континуальный подход для описания течения разреженного газа, но с краевыми условиями на компоненты вектора скорости и температуру, учитывающими разреженность. На стенках реактора для вектора скорости ставились условия, включающие эффекты ’’вязкого” и ’’диффузионного” скольжения [, ], существенные при пониженных давлениях. В расчетах рассматривался реактор диодного типа ” stadium” с кольцевым протектором. Влияние разреженности проявляется на профиле радиальной скорости, максимальный скачок которой на нижнем электроде достигает половины характерной конвективной скорости в реакторе. Тем не менее при пониженных давлениях травление образца осуществляется в равной степени диффузией и термодиффузией активных частиц. Протектор, оптимизированный в неизотермическом реакторе, обеспечивает однородное травление и в режиме скольжения. Однако по сравнению со стандартным рабочим давлением (р = 0. Q = см3/мин в 6. Роль выбора кинетической модели реактора обсуждается в параграфе 4 третьей главы. В рамках продвинутой численной модели плазмохимического травления микросхем на базе численного моделирования реактора радиальной схемы выполнено сравнение наиболее употребительных упрощенных кинетических моделей для тетрафторида углерода. Использовалась модель неизотермического реактора, где массообмен в ПХР описывался уравнениями переноса для двух-, трех- и четырехкомпонентной кинетик, взятыми из работ [], [], [] соответственно. На образце рассматривался процесс образования адсорбционного слоя CF$. Предварительно были выполнены тестовые расчеты радиального изотермического реактора на регулярной сетке 0 х 0 для параметров, совпадающих с данными работы []. Тесты показали удовлетворительное совпадение результатов, полученных для радиального ПХР в рамках двух независимых численных моделей. ПХР, плазмохимическое травление также осуществляется диффузией активных частиц к образцу. Однако для двух-, трех- и четырехкомпонентной кинетик имеют место значительные расхождения в значениях концентраций фтора и скорости травления образца. Этим поставлен вопрос о критической оценке результатов, полученных на основе различных кинетик, и необходимости выбора адекватной кинетической модели на базе экспериментальных данных. Вместе с тем показано, что влияние адсорбции трехфтористого углерода на концентрацию фтора и скорость спонтанного травления не превосходит 5%, что на два порядка меньше, чем влияние выбора химической кинетики в ПХР. В §5 третьей главы исследуется влияние присадки кислорода к активному газу СР на скорость травления кремния. Кислород химически связывает радикалы и ненасыщенные вещества, реагирующие со свободным фтором [4*2]. Здесь использовалась численная модель ПХР с соответствующей кинетикой [], включающей процессы с реагентами - Р, Р2, СТ2, СРЪ, СРА, С2Ре, О, , СО, С, СОР, СОР2. Процессы теплового излучения и поглощения в газе оценивались по степени черноты трехатомных молекул С и пятиатомных молекул С^4, обладающих высокой поглощательной способностью в инфракрасной области спектра. На кремниевой пластине рассматривались процессы адсорбции СР2 и СР$ [] и ” конкуренции” атомарных фтора и кислорода на хемосорбционных центрах. На основе численной модели были выполнены оптимизационные расчеты ПХР радиальной схемы. Проведена верификация модели на основе сравнения с экспериментальным фактом существования гистерезиса на графике зависимости скорости плазмохимического травления от концентрации Р.