научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ ТРАВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПУЧКАМИ БЫСТРЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ Электроника. Радиотехника

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ ТРАВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПУЧКАМИ БЫСТРЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ»

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2014, том 43, № 6, с. 415-418

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

УДК 621.382

ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ ТРАВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПУЧКАМИ БЫСТРЫХ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ © 2014 г. Ю. П. Маишев, С. Л. Шевчук, В. П. Кудря

Физико-технологический институт Российской АН E-mail: kvp@ftian.ru Поступила в редакцию 21.04.2014 г.

Представлены полученные с помощью разработанного во ФТИАН РАН источника протяженных пучков быстрых нейтральных частиц (БНЧ) "Нейтрал-110Л" результаты исследования скорости и селективности травления кремниевых подложек, а также пленок SiO2, W, TiN, TiC и NbN при использовании в качестве рабочих газов химически активных соединений CF4, C3F6 и SF6. Показана возможность достижения значений селективности травления пучками БНЧ указанных материалов относительно SiO2 в диапазоне 10—16. Проведено сравнение с опубликованными к настоящему времени результатами исследований в этой области.

DOI: 10.7868/S0544126914060064

ВВЕДЕНИЕ

Практически с самого начала появления источников пучков быстрых нейтральных частиц, пригодных для технологических применений, они стали использоваться для прямого травления слоев из диэлектрических материалов или проводящих слоев, нанесенных на диэлектрические подложки. К настоящему времени в литературе можно найти информацию о травлении пучками БНЧ таких материалов, как Al, W, Ti, Cr, Si, a-C, poly-Si, GaAs, AlGaAs, GaN, GaP, InAs, InP, Ge2Sb2Te5, алмазоподобный углерод, SiO2, Si3N4, Al2O3, HfO2, TiO2, low-k диэлектрики, фоторезисты, полимеры. При этом в качестве химически активного компонента рабочего газа в источниках пучков БНЧ (ИПБНЧ) использовались O2, F2, CF4, CHF3, CF3I, C2F6, C3FS, C4Fs, SF6, NF3, CI2, BCl3, CCl3, HBr. Отметим, что пучки БНЧ широко используются в процессах атомного послойного травления.

Основными технологическими параметрами процесса травления являются скорость травления, селективность травления одного материала относительно другого, шероховатость поверхности после травления, величина внесенных нарушений в обрабатываемые слои (изменения атомного состава приповерхностных слоев многокомпонентных материалов, встроенный заряд). Кроме того, важным показателем является возможность высокоас-пектного и аспектно-независимого травления. Эти характеристики процесса травления во многом зависят от конструктивных особенностей и режима работы ИПБНЧ.

В нашей предыдущей статье [1] было описано семейство новых ИПБНЧ, основанных на источнике ионов с холодным катодом, скрещенными электрическим и магнитным полями и замкнутым дрейфом электронов. Такие источники могут обеспечивать достаточно большую плотность эквивалентного тока нейтральных частиц и, кроме того, способны обрабатывать пластины диаметром 300—400 мм и более с высокой однородностью. В указанной работе были также приведены результаты исследования скорости и селективности распыления различных материалов при использовании аргона в качестве рабочего газа. В настоящей работе приведены полученные с помощью разработанного в Физико-технологическом институте (ФТИАН) источника протяженных пучков БНЧ "Нейтрал-110Л" результаты исследования скорости и селективности травления кремниевых подложек, а также пленок SiO2, ^ НС и МЪМ при использовании в качестве рабочих газов химически активных соединений СБ4, СзБб и SF6.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКОРОСТИ И СЕЛЕКТИВНОСТИ ТРАВЛЕНИЯ

Конструкция источника протяженных пучков БНЧ "Нейтрал-110Л" и методика проведения измерений были описаны в работе [1]. В качестве подложек были использованы пластины кремния КДБ-10. Материалом для травления служили термический окисел SiO2, а также тонкие пленки ^ Т1С и полученные методом (реактивного) ионно-лучевого распыления.

416

МАИШЕВ и др.

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

1.5 V,, кВ

Рис. 1. Зависимости скорости травления Я от напряжения на разряде V, (рабочий газ СР4).

Я

и

Я

1.5 V,, кВ

Рис. 2. Зависимости скорости травления Я от напряжения на разряде V, (рабочий газ СзБ8).

Рис. 3. Зависимости скорости травления Я от напряжения на разряде V, (рабочий газ ББб).

На рис. 1—3 приведены зависимости скорости травления от напряжения на разряде V, при использовании в качестве рабочего газа СБ4, С3Б6 или 8Б6. Отметим, что изменение зависимостей Я( V,) при смене рабочего газа отражает различие характера и степени диссоциации молекул и радикалов как в плазме ионного источника, так и в канале нейтрализации. Адекватное объяснение полученных зависимостей возможно только при наличии экспериментальных данных о составе нейтрального пучка и форме функций распределения каждой компоненты нейтрального пучка по энергиям.

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

V,, кВ

Рис. 4. Зависимости селективности травления 5 =

= Я(8Ю2)/Я(81) от напряжения на разряде V,.

Практический интерес представляют собой зависимости селективности скоростей травления от напряжения на разряде. В настоящей работе мы ограничимся значениями селективности относительно скорости травления Б102. На рис. 4— рис. 6 представлены зависимости величины селективности 5 = Я(8102)/Я(Х), где X = 81, W или от напряжения на разряде при использовании в качестве рабочего газа Аг, СБ4, С3Б6 или 8Б6.

Отметим, что наибольшие значения селективности травления были достигнуты для пар 8102/81 (СзБ8, ~11), 8102^ (СзБ8, ~16), 8102/МЪМ ^8, ~10), 8102/Т1С (С3Б8, ~16) и БЮ^/ГШ С3Б8,

ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ ТРАВЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

417

Г)

О

я

16 14 12 10

0.5

1.0

1.5 V,, кВ

Аг

2.0

2.5

Рис. 5. Зависимости селективности травления 5 = = Я(Si02)/Я(W) от напряжения на разряде V,.

10 9 8 7 6

«ч 5 О 5 35 4 о?

3 2 1

0.5

1.0

1.5 V,, кВ

2.0

Аг

2.5

Рис. 6. Зависимости селективности травления 5 = = Я(8Ю2)/Я(№>К) от напряжения на разряде V,.

~11). Полученные данные могут быть использованы для выбора материала для маскирующего слоя при травлении Б102 нейтральным пучком.

Для пары Б102/Б1 можно провести сравнение с результатами исследований селективности травления, к настоящему времени опубликованными в литературе. На рис. 7 представлены значения 5 = = Я(8102)/Я(Б1), полученные при использовании рабочего газа СБ4 в работах [2—6] (треугольники) и в настоящей работе (кружки). Видно, что полученные нами величины селективности травления удовлетворительно коррелируют с опубликованными результатами. Похоже, что при низких энергиях пучка селективность действительно близка к 1, а

при повышении напряжения на разряде величина селективности проходит через максимум.

Для рабочего газа С3Б8 опубликованных данных совсем мало (рис. 8), поэтому можно только утверждать, что значение селективности для этого газа в 2—4 раза выше, чем в случае СБ4.

Наиболее неопределенная ситуация имеет место для рабочего газа (рис. 9). При низких ускоряющих напряжениях [7, 8] оксид кремния травится на порядок медленнее кремния. Наши измерения показывают полное отсутствие селективности в широком диапазоне значений напряжения на разряде. В то же время в работе [2] при

8

6

0

0

5.5 5.0 4.5 4.0 Й 3.5 ^ 3.0 §2.5

2.0 1.5 1.0 0.5

Revell ег ,1., 1981 i

СБ.

ФТИАН

\

■Ьее ег ,1., 2006

Ос^ртк, Reve11, 1980

'Kuwano, Shimokawa, 1988

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 V,, кВ

Рис. 7. Значения селективности травления 5 = Я(8Ю2)/Я(8!) (рабочий газ СБ4).

418

МАИШЕВ и др.

(S )

iO (Si

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

C3F8

Goldspink, Revell, 1980

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Va, кВ

Рис. 8. Значения селективности травления 5 = R(SiO2)/ R(Si) (рабочий газ C3F8).

2.6 2.4 2.2 2.0 )1.8 Й 1.6 1.4 Э1.2 § 1.0 (R0.8 0.6 0.4 0.2

SF

Goldspink, Revell, 1980

ФТИАН

Lee et al., 2004/2005

_I_I_L.

0

0.5

1.0 1.5 Va, кВ

2.0

2.5

Рис. 9. Значения селективности травления 5 = R(SiO2)/ R(Si) (рабочий газ SF6).

Ул = 2.5 кВ обнаружена довольно заметная селективность.

Такой разброс результатов, полученных при использовании различных ИПБНЧ, можно объяснить двумя причинами. Во-первых, источники

ионов различной конструкции дают исходные пучки различного ионного состава. При этом ионный состав обусловлен как типом разряда, так и условиями его горения (в частности, средней энергией электронов в разряде). Во-вторых, модификация состава пучка в значительной степени определяется процессами диссоциативной перезарядки, происходящими при газофазной и поверхностной нейтрализации молекулярных ионов исходного пучка. Отметим, что степень этой модификации может существенно зависеть от конструктивной реализации канала нейтрализации.

Работа была поддержана Программой фундаментальных исследований ОНИТ РАН и грантами РФФИ № 07-07-00120-а и № 12-07-00466-а.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Маишев Ю.П., Шевчук С.Л., Кудря В.П. Формирование пучков быстрых нейтральных частиц из источников ионов с замкнутым дрейфом электронов // Микроэлектроника. 2014. Т. 43. № 4.

2. Goldspink G.F., Revell P.J. The use of saddle-field ion sources for etching semiconductor materials // Microelectronics J. 1980. V. 11. № 6. P. 13-17.

3. Revell P.J., Evans A.C. Ion beam etching using saddle field sources // Thin Solid Films. 1981. V. 86. № 2-3. P. 117-124.

4. Revell P.J., Goldspink G.F. Reactive ion beam etching of silicon compounds with a saddle-field ion source // J. Vac. Sci. Technol. 1981. V. 19. № 4. P. 1398-1402.

5. Kuwano H., Shimokawa F. Silicon dioxide fine patterning by reactive fast atom beam etching // J. Vac. Sci. Techn. B. 1988. V. 6. № 5. P. 1565-1569.

6. Lee D.H., Park B.J, Min K.S., Yeom G.Y. CF4-Based Neutral-Beam Etch Characteristics of Si and SiO2 Using a Low-Angle Forward-Reflected Neutral-Beam Etching System // J. Korean Phys. Soc. 2006. V. 49. №6. P. 2307-2310.

7. Lee D.H., Jung S.J., Park S.D., Yeom G.Y. Characteristics of neutral beam generated by reflection on a planar-type reflector and its etching properties // Surf. Coat. Techn. 2004. V. 177-178. P. 420-425.

8. Lee D., Park B., Yeom G. Effects of Axial Magnetic Field on Neutral Beam Etching by Low-Angle Forward-Reflected Neutral Beam Method // Jap. J. Appl. Phys. Lett. 2005. V. 44. № 2. P. L63-L65.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком