ИСТИНА

С переходом к суб-10 нм кремниевой технологии изготовления интегральных схем (ИС) процессы плазмохимического травления их изготовления претерпевают кардинальные изменения. Это связано с необходимостью проведения процессов с атомарным разрешением. Они становятся более сложными, многостадийными. Другое радикальное изменение в технологии связано с использованием новых материалов в качестве материала межсоединений. Медь, которая была основным металлом для формирования дорожек металлизации, заменяется на другой материал. С уменьшением их размеров до единиц нанометров электропроводность Сu увеличивается, и поэтому возникла необходимость ее замены на другие материалы. Среди металлов наиболее перспективными являются рутений, кобальт, возможно, молибден и вольфрам. Целью проекта является исследование и разработка процессов плазмохимического травления Si, SiO2, Ru, тугоплавких металлов с атомарным разрешением для формирования многоуровневой металлизации суб-10 нм технологии. Будут проведены экспериментальные и теоретические исследования механизмов взаимодействия неравновесной хлорсодержащей плазмы c добавками Ar, О2 с поверхностью исследуемых материалов, процессов их низкоэнергетического распыления. Будут разработаны процессы двухстадийного циклического процесса атомарного слоевого травления материалов в новых плазмообразующих смесях. В ходе выполнения проекта будут решаться несколько многоплановых задач, присущих технологическим процессам наноэлектроники. Они связаны: а) с исследованиями параметров плазмы как инструмента влияния на характеристики процессов травления, б) исследованиями гетерогенных процессов взаимодействия плазма-поверхность, в) исследованиями характеристик процессов (скорость, селективность, анизотропность) в зависимости от управляющих параметров. Будут разработаны процессы плазмохимического атомарного слоевого травления нанометровых дорожек металлизации на тестовых структурах. Полученные результаты позволят перейти к разработке промышленных процессов травления материалов изготовления ИС суб-10 нм кремниевой технологии.

With the transition to sub-10 nm silicon integrated circuits (IC) manufacturing technology, the processes of plasma chemical etching of their fabrication are undergoing dramatic changes. They are dictated by a necessity to conduct the processes with atomic resolution. The processes become more complex, multistage. Another radical change in technology involves the use of new materials for interconnects. Copper, which was the base metal for the metallization lines fabrication, is replaced with another material. With a decrease in the metallization line size to a few nanometers, the electrical conductivity of Cu increases, and therefore it became necessary to replace it with other materials. Among the most promising metals are ruthenium, cobalt, and possibly molybdenum and tungsten. The aim of the project is to research and develop the processes of plasma chemical etching of Si, SiO2, Ru and refractory metals with atomic resolution for the fabrication of multi-level metallization of sub-10 nm technology. Experimental and theoretical studies of the interaction processes of a non-equilibrium chlorine-containing plasma with Ar, O2 additives with the surface of the studied materials, of the processes of their low-energy sputtering will be carried out. Two-stage processes (modification/sputtering) of the cyclic process of atomic layer etching of materials in new plasma-forming mixtures will be developed. In the course of the project implementation, several multifaceted tasks that are characteristic for the development of technological processes of nanoelectronics will be solved. They are associated with: a) studies of the characteristics of the plasma as an instrument of influence; b) studies of heterogeneous plasma-surface interaction processes; c) and also studies of the characteristics of processes (rate, selectivity of processes, electrical conductivity of metallization schemes) depending on the control parameters. The processes of the plasma chemical atomic layer etching of nanometer metallization lines on test structures will be developed. The obtained results will allow to proceed to the development of industrial processes of material etching for the manufacture of IC of sub-10 nm silicon technology.

Ожидаемые научные результаты предполагаются следующими: 1. Будут получены данные по электропроводности пленок металлов Co, Ru, Мо, W нанометровой толщины (10-50 нм) с разной текстурой пленок, а также результаты исследований влияние отжига и ионно-плазменной обработки на электропроводность. 2. Будут получены основные характеристики плазмы Ar, O2, Cl2, Ar/Сl2, Cl2/O2 ВЧИ разряда (ФРЭЭ, плотности ионов, электронов, концентрации радикалов) в зависимости от внешних параметров (давления, ВЧ мощности), а также функции распределения ионов по энергиям в плазмохимическом реакторе с независимым управлением энергией и плотностью ионного потока: 3. Будут разработаны двумерные гидродинамические модели ВЧИ разряда в Ar, O2, Cl2, Ar/Сl2, Cl2/O2, проведено моделирование и получены данные по потокам заряженных частиц и активных нейтральных частиц разряда с учетом гибели частиц на стенках реактора. Будут приведены результаты сравнения полученных данных с экспериментом: 4. Будут определены коэффициенты рождения и гибели химически активных частиц на стенках реактора и на материалах электрода (Si, SiO2, полимеров, металлов) в плазме O2 с добавками Ar в зависимости от их температуры: 5. Будут определены коэффициентов рождения и гибели химически активных частиц на стенках реактора и на материалах электрода (Si, SiO2, полимеров, металлов) в плазме Cl2, Ar/Сl2, Cl2/O2 в зависимости от их температуры: 6. Будут построены модели взаимодействия химически активных частиц с поверхностью кремния и металлов. Методом DFT будут рассчитаны энергии адсорбции атомов Cl/O и молекул Cl2/O2 на поверхности Si, Ru и Mo: 7. Экспериментально и теоретически методом молекулярной динамики будут определены коэффициенты выхода атомов Si, SiO2, Ru, Co, W и Mo в зависимости от плотности и энергии ионов в плазме аргона в диапазоне 15-150 эВ. Впервые будут определены коэффициенты прилипания распыленных атомов материала на боковую стенку канавок: 8. Будут получены данные по скорости, анизотропии низкоэнергетического травления Si, SiO2, металлов в плазме Cl2, Ar/Сl2, Cl2/O2/Ar при контролируемых потоках радикалов, ионов и температуре образца (непрерывный режим). Будут получены дорожки металлизации нанометровых размеров (15-50 нм): 9. Будут получены данные по скорости, анизотропии низкоэнергетического травления Si, SiO2, металлов в плазме Cl2, Ar/Сl2, Cl2/O2/Ar при контролируемых потоках радикалов, ионов и температуре образца в циклических многостадийных процессах (ALE процесс). Будут определены коэффициенты синергетичности и оптимальные параметры процессов. 10. Будут определены характеристики дорожек металлизации (электросопротивление, шероховатость поверхности) в зависимости от параметров процессов их формирования.

1. Проведены исследования низкоэнергетического распыления Si, SiO2 в плотной плазме аргона, эволюции профиля канавок нанометровой ширины на поверхности Si, а также селективного распыления пленок металлов в плазме аргона с небольшой добавкой кислорода при энергии ионов вблизи порога распыления. 2. С помощью разработанного метода моделирования эволюции профиля микро - наноканавочных структур в процессах плазмохимического травления проведены исследования формирования высокоаспектных наноструктур в Si при травлении в плазме Cl2/Ar. 3. Разработан метод формирования наносеточных и нанопроволочных углеродных фторированных структур на поверхности Si в комбинированных плазменных процессах. 4. Проведены исследования с использованием различных методов диагностики плазмы: зонд Ленгмюра, hairpin-зонд, измерение ионного тока методом модуляции автосмещения, анализатор энергий ионов, актинометрия, масс-спектрометрия с варьированием энергии электронного пучка, спектроскопия поглощения. 5. Разработаны модели и проведено самосогласованное моделирование емкостного одно/двухчастотного разрядов в смеси Ar/H2. Определены механизмы, обуславливающие ионные потоки на электрод. 6. На основе двумерного кинетического моделирования движения ионов получены значения для падения плотности плазмы в квазинейтральной области предслоя в ВЧ разрядах в Ar, N2 и Xe. 7. Проведены исследования по измерению констант гибели нейтральных радикалов на различных материалах, механизмам образования дефектов при травлении во фторуглеродной плазме нанопористых диэлектриков (low-k материалов). 8. Проведены исследования распыление диоксида кремния и нанопористых диэлектриков ионами аргона в двухчастотном индукционном разряде с энергией ионов от 16 до 200 эВ. 9. С помощью метода DFT выявлены различия механизмов взаимодействия атомов O с поверхностью углеродных и борнитридных нанотрубок. Проведены исследования процессов взаимодействия атомов F с поверхностью нанопористых low-k диэлектриков на основе SiOx матрицы.