Физико-технологические основы формирования трехмерных микроструктур УБИС плазменными методами

• Автор: Путря, Михаил Георгиевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 278 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Общая характеристика работы.

1. Современные проблемы разработки процессов плазменного травления для У БИС

1.1 Особенности применения процессов ПТ при создании трехмерных субмикронных микроструктур.

1.2 Специфика плазменного оборудования, используемого в субмикронной технологии.

1.3 Технологические проблемы обеспечения аспектного отношения микроструктур

1.4 Исследование особенностей травления субмикронных микроструктур

1.4.1 Травление антиотражающих покрытий АОП

1.4.2. Анализ особенностей травления диэлектрических слоев субмикронных микроструктур

1.4.3. Особенности травления диэлектриков с высоким аспектным соотношением.

1.5. Анализ характерных проблем селективного травления диэлектрических слоев микроструктур
1.5.1 Существующие проблемы обеспечения селективности травления по отношению к нитриду кремния
1.5.2 Существующие проблемы обеспечения селективности травления по отношению к окислу кремния.
1.6. Обзор проблем травления субмикронных канавок в кремнии
1.7 Анализ процесса формирования выемки в кремнии
1.7.1. Возможности радикального травления
1.8. Проблемы, возникающие при травлении затвора.
1.8.1. Особенности процесса вскрытия маски проводника затвора реактивным ионным лравлением
1.8.2. Анализ проблем, возникающих при травлении стековых проводников затвора
1.8.3. Особенности травления слоев проводников межсоединений
Выводы и постановка задач.
2. Методология разработки процессов формирования трехмерных структур У БИС плазменными методами
2.1 Выбор аппаратной базы для процесса плазменного травления
2.2 Анализ особенностей воздействия плазмы на обрабатываемые структуры.
2.3 Принципы выбора рабочих газов
3. Специализированные реакторы плазменного травления для создания субмикронных трехмерных структур У БИС.
3.1. Общие требования к современным плазменным источникам.
3.2. Исследование и оптимизация параметров магнетронного источника плазмы .
3.2.1. Анализ влияния режима охлаждения подложки на параметры травления
3.2.2. Исследование влияния межэлектродного расстояния на параметры травления
3.2.3. Изучение влияния индукции магнитного поля и мощности разряда на параметры травления
3.3. Анализ и оптимизация параметров источников индукционно и трансформаторносвязанной плазмы.
3.3.1 Исследование и оптимизация параметров реактора индукционной плазмы .
3.3.2 Параметры процессов травления в реакторе индукционной плазмы
3.3.3 Исследование параметров реактора трансформаторносвязанной плазмы .
3.3.4 Параметры процессов травления в реакторе трансформаторносвязанной
плазмы.
3.3.5. Дополнительные возможности ИСП и ТСП реакторов
Выводы.
4. Исследование свойств и разработка специализированных газовых составов
для процессов плазменного формирования микроструктур
4.1 Особенности свойств газовой фазы разряда в многокомпонентных газовых смесях
4.2. Исследование особенностей примесного загрязнения поверхности кремния после плазменной обработки в многокомпонентных газовых смесях.
4.3. Влияние изменений морфологии и химического состава поверхности кремния после плазменной обработки на ее адгезионные свойства.
4.3.1. Исследование влияния плазменной обработки на адгезионные свойства поверхности кремнийсодержащих слоев УБИС по отношению к фоторезисту
4.4. Исследование влияния плазменной обработки на электрофизические
свойства МОП структур.
5. Исследование и разработка специализированных процессов плазменного формирования трехмерных микроструктур УБИС
5.1. Особенности влияния плазменной обработки в высокоплотной плазме на состояние поверхности кремниевых микроструктур
5.2. Исследование и разработка процессов плазменного формирования микроструктур по технологии самоформирования
5.3. Анализ влияния маскирующих слоев на геометрические параметры трехмерных элементов УБИС при плазменном травлении
5.4. Плазменное профилирование кремния для микромеханических систем.
5.5 Формирование элементов пленочных структур в интегральных КНИ
микросистемах.
Основные результаты и выводы
Список использованных источников


В противоположность этому, электроны диффундируют из плазмы, когда их энергия превосходит потенциал плазмы относительно поверхности. К изотропно диффундирует к поверхности пластины. Большинство этих электронов остается на верхней поверхности слоев элементов ИС, находящихся на пластине. Отрицательные ионы с гораздо меньшей температурой и диффузионной способностью, в основном не способны покинуть плазму, и теряются в результате рекомбинации и столкновений. Таким образом, ионы попадают на все горизонтальные поверхности, включая те, которые находятся в нижней части формируемых структур. Если некоторое количество материала травимой структуры и маски является диэлектриком, то наблюдается рост разности потенциала между верхней поверхностью маски и нижней частью травимой структуры. Эта разность потенциалов растет до тех пор, пока электронный и ионный токи на нижнюю поверхность не сравниваются. Таким образом, низкоэнергетичные ионы задерживаются или отражаются на стенки структуры. Это приводит к разнице в заряде верхней и нижней частей структуры. В результате ионы попадают на боковые стенки структуры, вызывая эффект перфорирования 8. Также, пониженный ионный ток и энергия ионов, которые достигают дна структуры, способствуют появлению эффекта аспектного отношения, известного как Замедление РИТ, при котором структуры с большими размерами травятся более быстро, чем структуры с малыми размерами. Возрастание указанной разницы потенциалов вызывает сдвиг пороговых напряжений 9, а протекание тока через тонкие изолирующие слои может вызывать пробой диэлектрика и повреждение устройства. Как было показано, эти эффекты усиливаются с возрастанием аспектного соотношения структур интегральных схем,. Они могут быть уменьшены при снижении электронной температуры Тс или при уменьшении отношения температуры электронов к энергии ионов. Некоторые из этих проблем могут быть устранены путем использования твердой маски, например, при травлении электродов затвора. Отдельной задачей является правильный выбор состава газовой смеси. Это достигается добавлением небольшого количества кислорода и увеличением смещения на подложку. При травлении структур параметры процесса могут быть изменены таким образом, чтобы помочь преодолению эффекта Замедления РИТ, а также проблем селективности, вызванных понижением ионного тока на нижнюю поверхность структур с малым или большим аспектным соотношением. Однако, по мере перехода производства к структурам с большими аспектными соотношениями и малыми размерами, могут потребоваться другие решения по преодолению эффект зарядового аспектного соотношения. Ряд исследователей 9, показали, что одно из решений использовать импульсное включение плазмы с эквивалентной длительностью импульсов порядка мкс. Во время отсутствия импульса электронная температура за счет неупругих столкновений и потерь на стенках снижается до уровня порядка 1 эВ . Соответственно, плотность отрицательных ионов увеличивается примерно до плотности электронов. Как было показано, это снижает эффект перфорирования 8. Если большая положительная часть ВЧ смещения синхронизирована на конец импульса, то эффект зарядового аспектного отношения продолжает снижаться. Самукава и Миено 9 показали, что постоянное смещение на подложку может упасть до нуля, если частота ВЧ смещения ниже 0 кГц. Нулевое постоянное смещение и низкая частота ВЧ смещения позволяют отрицательным ионам ускоряться в ОПЗ. Низкая частота ВЧ смещения требуется для предотвращения нагрева охлажденных электронов и таким образом обеспечивает низкую температуру электронов во время отсутствия импульса. Келлер предложил использование магнитного фильтра для понижения температуры электронов в плазме непосредственно над поверхностью. В этом случае достигается температура электронов ниже, чем требуется для поддержания плазмы порядка или меньше 1 эВ. Такая температура электронов может поддерживаться непрерывно, а не только в отсутствии цикла. Это похоже на магнитные фильтры, используемые для создания потока отрицательных ионов водорода для устройств ядерного синтеза .