| 1 |
28 июня 2010 г.-20 ноября 2010 г. |
Выявление механизмов и условий образования дефектов в SiOHC пористых low-k материалах при воздействии потоков атомов кислорода (O) и водорода (H) (применительно к травлению резиста в SiOHC low-k технологии) |
| Результаты этапа: Показано, что все исследуемые нанопористые low-k материалы - CVD1, CVD2 и CVD3 - имеют высокую степень взаимосвязанности пор, что может способствовать проникновению частиц из газовой фазы внутрь объема SiOCH пленки. Показано, что атомы кислорода могут проникать в low-k пленку на сотни нанометров и удалять атомы углерода из объема пленки. Показано, что механизм повреждения высокопористых SiOCH пленок атомами кислорода связан с удалением атомов углерода из объема пленки и последующим переходом линейных Si-O-Si-связей в более прочные network связи, а также замыканием некоторых свободных связей атомов кремния атомами кислорода. Измерены вероятности рекомбинации атомов О и Н на поверхности трех типов low-k материалов. Получено, что вероятность гибели атомов водорода существенно ниже вероятности гибели атомов кислорода на всех исследуемых материалах. Вероятность гибели атомов кислорода на low-k материалах ~ 4e-3. Выявлен двухстадийный механизм травления метильных групп на поверхности low-k SiOCH пленок атомами кислорода. На основе модели Монте Карло для описания случайных блужданий атомов в нано-пористых low-k материалах была объяснена наблюдаемая экспериментально динамика травления СН3 групп в исследуемых пленках и определены количественно значения вероятности реакций травления и рекомбинации атомов О, диаметра отверстий между порами, распределения по толщине пленки числа соударений атомов О с поверхностью пор. Показано, что изменение потока ионов являются наиболее важными параметрами при сравнении воздействия плазмы гелия на low-k материалы. Показано, что удаление углерода и адсорбция воды практически не наблюдаются в low-k пленках, предобработанных в плазме гелия даже при больших временах обработки в потоке атомов кислорода. Этот эффект являетя результатом запечатывания пор в верхнем слое low-k пленки, так как в непредобработанных образцах атомы кислорода могут гибнуть в том числе и в объеме материала. Показано, что обработка low-k пленок только ВУФ излучением и метастабильными атомами He* не оказывает существенного влияния на вероятность гибели атомов кислорода, в то время как совместное воздействие ионов, ВУФ излучения и метастабильных атомов He* приводит к существенному уменьшению вероятности гибели атомов О. Показано, что уменьшение вероятности гибели атомов О при предобработке в плазме гелия связано с запечатыванием пор в верхнем слое. Получено, что запечатывание происходит из-за трансформации углеродной структуры пленки при незначительной модификации структуры Si-O-Si-каркаса.
|
| 2 |
1 января 2011 г.-30 июня 2011 г. |
Исследование возможности низко-дефектного взаимодействия DF CCP плазмы (O2, H2 и их смесей с He) с поверхностями при травлении low-k материалов (травление резиста в SiOHC low-k технологии) |
| Результаты этапа: На основании зондовых измерений получены распределения плотности плазмы, температуры электронов, плазменного потенциала и потоков ионов на исследуемые образцы на различных расстояниях от электродов в ПВР в гелии, в ВЧЕ плазме Не, кислорода и водорода, возбуждаемого на высокой частоте и в ДЧ плазме гелия и кислорода при различном давлении и вкладываемой мощности. Разработан метод спектроскопической диагностики плазмы. Данный метод позволяет исследовать структуру плазмы двухчастотных вч разрядов с высоким пространственным разрешением до ~0.2 мм. Показано изменение структуры разряда при переходе от низкочастотного разряда у высокочастотному и двухчастотному. Измерены спектры ионов в ДЧ ВЧЕ плазме гелия у поверхности обрабатываемого электрода. Проведены исследования механизмов и условий образования дефектов в SiOCH пористых пленках при воздействии ВЧЕ плазмы высокой частоты 81 МГц в О2, Н2 и Не. Проведено сравнительное исследование типичных материалов low-k и новых ultra low-k материалов на данное плазменное воздействие. Показано, что нанопористые porogen-based SiOCH пленки подвержены значительной модификации ВУФ излучением. Они крайне чувствительны к ВУФ фотонам. Воздействие ВУФ излучения приводит к изменению углеводородной основы пленок и соответственно быстрым реакциям с активными частицами, прежде всего, с радикалами. Показано, что ионы оказывают воздействие только на самый верхний в несколько нм слой, не затрагивая "porogen residue" в объеме low-k пленки. Ионы значительным образом изменяют структуру верхнего слоя, уплотняя его. В результате, плотность жестких O-Si-O network связей в верхнем слое значительно растет, происходит образование субоксида SiO2 - аморфизация SiOCH структуры. Показано, что кислородная плазма приводит у удалению углерода и таким образом индуцирует модификацию O-Si-O матрицы пленки, образуя свободные связи, на которых происходит адсорбция радикалов (в обычной атмосфере это О-Н группы). Жесткое ВУФ излучение и ионы из плазмы, падающие на поверхность low-k пленки стимулируют этот процесс. Показана возможность «запечатывания» пор в верхнем слоя SiOCH пленок в Не плазме высокой частоты. «Запечатывание» пор происходит за счет уплотнения верхнего слоя и образования новых прочных С-С и Si-С связей на границах и внутри пор вследствие ионной бомбардировки, что препятствуют проникновению радикалов внутрь пленки. Показано, что эффект полного «запечатывания» достигается в пленках CVD3 с малым (~1 нм) радиусом пор и умеренной пористостью (~30 %). В ultra low-k SiOCH пленках CVD4 и CVD5, обладающих большими порами (~1.8 нм) и большой пористостью (до 50 %) "запечатывание" верхнего слоя только частичное, так что избежать воздействие активных радикалов полностью не удается. Методом актинометрии измерена концентрация атомов кислорода и водорода в одночастотном и двухчастотном режимах в зависимости от мощности на высокой частоте и разных напряжениях на низкой частоте. Показано, что во всех исследуемых режимах степень диссоциации кислорода и водорода мала в силу их большой гетерогенной гибели на металлических электродах. Показано, что разработанная многомасштабная модель хорошо описывает как структуру ДЧ ВЧЕ плазмы, так и взаимодействие потоков радикалов с пленкой. На основе численного расчета показаны особенности структуры разряда, как в гелии, так и в кислороде: пространственное распределение заряженных частиц, функция распределения электронов по энергии. Представлены особенности формирования энергетического спектра ионов O2+ и O+ в ОЧ и ДЧ разрядах и данные о потоках активных частиц на электроды. Показано, что развитый монте-карловский подход для описания поведения атомов в пористых low-k материалах может быть применен рассматриваемых экспериментальных условий. На основе численного моделирования показана важность правильного описания взаимодействия плазмы с поверхностью электродов. Показано влияние вторичной электронной эмиссии на параметры разряда. Проведена оценка роли отдельных процессов на электроде. Приведены экспериментальные данные о влиянии материала электрода на свойства ВЧ разряда, работающего на частоте 1.76 МГц.
|
| 3 |
1 июля 2011 г.-2 ноября 2011 г. |
Исследование возможности анизотропного травления новых органических ультра low-k пленок в плазме двухчастотных (ДЧ) емкостного (СCP) и индукционно-емкостного (TCP) разрядов в смесях Ar/Н2/N2 |
| Результаты этапа: На основании зондовых измерений с помощью вч компенсированного автоматизированного зонда Ленгмюра получены ФРЭЭ с точностью до третьего порядка в исследуемых газах и продемонстрированы границы применимости зондового метода диагностики. Получены распределения плотности плазмы, температуры электронов, плазменного потенциала и потоков ионов на исследуемые образцы на различных расстояниях от электродов в ПВР в водороде, в ДЧ ВЧЕ плазме аргона и водорода в зависимости от разрядных условий. Получены спектры ионов в ОЧ и ДЧ ВЧЕ плазме, падающих на поверхность обрабатываемого электрода. Представлены результаты по зависимости плотности плазмы от вкладываемой мощности на низкой частоте, позволяющие определить диапазон параметров разряда наиболее благоприятный для разделения функций высокой и низкой частоты. Показано, что в диапазоне давлений ~30-150 мТор плотность плазмы (соответственно и поток ионов на поверхность электрода) определяется практически полностью только уровнем мощности на высокой вч частоте 81 МГц. В то время как напряжение на приэлектродном слое (соответственно и энергия ионов) определяются уровнем амплитуды напряжения низкой вч частоте 1.76 МГц. С помощью эмиссионной спектроскопии показана динамика высокоэнергетичных электронов в разряде. Экспериментальные данные согласуются с результатами численного моделирования и показывают необходимость учета поверхностных процессов на электроде при моделировании. Исследована пространственно временная эволюция ДЧ ВЧЕ разряда по периоду низкой вч частоты 1.76 МГц. Показано изменение структуры разряда при переходе от низкочастотного разряда к двухчастотному. С помощью разработанного метода пространственно временной актинометрии проведено исследование распределений плотностей атомов H водорода и азота в ВЧИ 13.56 МГц разряде и его послесвечении. Показано, что распределение определяется поверхностной гибелью атомов H и N на материалах реактора. С помощью временной актинометрии и 2D моделирования эволюции атомов в модулированном ВЧИ разряде определены вероятности гибели H и N атомов на кварце тефлоне и нержавеющей стали. Показано, что плотность атомов и их поток на поверхность образца в дальнем послесвечении плазмы в большей степени определяются вероятностью поверхностной гибели атомов на материале реактора и транспортной газовой система, а не эффективностью образования атомов в плазме. Методом актинометрии измерены потоки атомов азота и водорода в ВЧИ разряде и его послесвечении на поверхность образцов. Показано, что в поток атомов азота в дальнем послесвечении превышает поток атомов водорода за счет малой вероятности гибели атомов N, притом, что степень диссоциации водорода в ВЧИ плазме почти на порядок выше, чем степень диссоциации азота. На основе сравнения с экспериментом разработана 2D самосогласованная модель ВЧИ разряда в потоке газа низкого давления, которая позволяет получить потоки атомов на поверхность обрабатываемых образцов как в самой плазме так и ее послесвечении, включая и области определяемую транспортом атомов к удаленному образцу. Исследована модификация нанопористого органического ULK материала при воздействии плазмы гелия и водорода (blanket технология). Показано, что при воздействии жесткого ВУФ излучения наблюдается заметное уменьшение количества –C-Hx связей в пленке, вследствие чего происходит образование "cross-link” углеродных связей, что ведет к карбонизации поверхности пленки – образованию углеродного слоя. Ионная бомбардировка ускоряет процесс образования плотного углеродного слоя. Толщина этого слоя растет с энергией ионов, падающих на поверхность. Карбонизация органической low-k пленки ведет к эффекту «запечатывания» нанопор на поверхности пленки. При воздействии водородной ДЧ ВЧЕ плазмы реализуется процесс реактивного ионного травления органической low-k пленки. Образованные под воздействием ВУФ излучения и ионов свободные "dangling” углеродные связи быстро насыщаются атомарным водородом, что в конечном итоге ведет к образованию летучих продуктов, прежде всего, СН4. Модификации обработанного слоя пленки, с образованием плотного карбонизированного углеродного слоя почти при этом не происходит. Получены профили канавок (тренчей) при анизотропном травлении органических low-k пленок в водородсодержащей плазме. Исследовано влияние плазмы на возникновение дефектов на боковой поверхности тренча. Показано, что дефекты на стенках тренчей в органической low-k пленке могут быть «запечатаны» за счет бомбардировки боковой поверхности жестким ВУФ фотонами и энергичными ионами путем подбора условий и параметров ВЧЕ плазмы. Получено, что «запечатывание» дефектов на боковой поверхности происходит по тому же механизму как и образование плотного карбонизированного слоя на чистой поверхности органической low-k пленки экспонируемой в плазме. Воздействие ВУФ излучения и ионов ведет к разрыву –С-Нх связей и образованию углеродных "cross-link” связей. На основе расчетов по самосогласованной модели получена структура одночастотных и двухчастотных разрядов в аргоне и водороде на частотах 13.56 МГц, 81 МГц, 1.76 МГц – 27 МГц и 1.76 МГц – 81 МГц. Показаны различия ДЧ разрядов при разных значениях высокой частоты. Для разряда в водороде показано изменение структуры разряда при изменении частоты и давления. На основе расчетов по самосогласованной модели получены данные о потоках атомов и заряженных частиц на обрабатываемую поверхность в зависимости от давления и вкладываемой в разряд мощности и особенности спектра ионов на поверзности ULK пленок. Развиты 3D Монте Карло модели для описания вторичной электрон – электронной эмиссии из полимеров и зарядки тренчей под воздействием потоков плазмы, позволяющие объяснить перераспределение электрического заряда в тренчах в процессе травления без привлечения гипотезы о “проводимости диэлектрических пленок”. Реализован 3D Монте Карло подход для описания эволюции формы тренчей в процессе плазменного травления, протестированный на взаимодействии плазмы CxFy со сплошными и пористыми пленками. Данный подход применен для оценки скоростей травления органической пленки структуры (CH2)n в водородной плазме.
|
| 4 |
1 января 2012 г.-15 декабря 2012 г. |
Исследование возможности анизотропного низко-дефектного травления SiOHC low-k пленок (вплоть до 32 нм технологии) в ДЧ плазме в Ar/Cx/Hy/Fz смесях |
| Результаты этапа: Измерены параметры плазмы (плотность плазмы, температура электронов) в ДЧ CCP плазме в Ar/Cx/Hy/Fz смесях в зависимости от: полного давления (10-100 мТор), парциальных давлений компонент смеси, мощности на каждой частоте (10-100 Вт, средняя мощность вплоть до 1,2 Вт/см2). Измерены с пространственным и временным разрешением плотности радикалов (H,F,CF2) по периоду низкой частоты с помощью эмиссионной спектроскопии (актинометрия с пространственно-временным разрешением). Определены потоки радикалов на поверхность SiOHC low-k пленок в экспериментальных условиях. Определена структура фторуглеродной пленки, образующейся на поверхности электрода (и low-k пленки) в условиях травления low-k пленки без маски (blanket технология). Изучено возможное влияние поверхностных процессов, протекающих при воздействии плазмы на фторуглеродной пленке на плотность радикалов в объемной фазе. Исследована возможная модификация SiOHC low-k пленок под действием Ar/Cx/Hy/Fz плазмы. Исследованы особенности ДЧ CCP плазмы в Ar/Cx/Hy/Fz смесях с помощью самосогласованной МЧЯ МКС модели. Проведено моделирование потоков радикалов, ионов, и их энергетического спектра на поверхности SiOHC low-k пленок для различных плазменных параметров и процессов на поверхности фторуглеродной пленки на основе анализа экспериментальных данных. Измерены профили глубоких канавок (тренчей) в условиях анизотропного травления SiOHC low-k пленок с заранее нанесенными твердыми масками (нанесение маски и вскрытие окон проводится европейскими коллабораторами в рамках FP7 программы). Исследованы возможные дефекты на боковой поверхности тренча (side-wall defects) при анизотропном травлении во фтор-углеводородной плазме. Определены плазменные параметры, оптимальные для получения низкодефектных вертикальных наноразмерных тренчей. Разработана программа внедрения результатов НИР в образовательный процесс. Разработана модель для определения распределения потенциала в тренчах при исследуемых в эксперименте аспектных соотношениях. Определена зависимость энергии ионов на дне тренча в зависимости от распределения потенциала плазмы в тренчах при различных аспектных отношениях.
|
