МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2014, том 43, № 6, с. 435-440
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
УДК 621.382
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАТЕРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ BF3 ПЛАЗМЫ С ПОМОЩЬЮ ДВУХРАКУРСНОЙ ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ © 2014 г. А. В. Фадеев, К. В. Руденко
Физико-технологический институт Российской АН E-mail: rudenko@ftian.ru, AlexVFadeev@gmail.com Поступила в редакцию 01.07.2014 г.
Проведено исследование однородности плазмы (BF3 + 2% Ar) методом двухракурсной эмиссионной оптической томографии в экспериментальном плазмохимическом реакторе. Оно позволило реконструировать латеральное распределение концентрации как ионной компоненты плазмы B+, так и свободных радикалов F*. Для исследования возможностей томографического алгоритма эксперимент проводился при различных значениях давления в камере реактора, использовался асимметричный газовый ввод, вводились искусственные неоднородности пристеночного магнитного поля, а также исследовалось влияние кремниевой пластины на латеральное распределение частиц.
DOI: 10.7868/S0544126914060040
ВВЕДЕНИЕ
Концентрация ионов и активных радикалов в плазме определяет скорость протекания поверхностных реакций травления и осаждения на микроэлектронных структурах. Поэтому латеральная однородность компонентов плазмы в непосредственной близости от обрабатываемых пластин является ключевым параметром, отвечающим за качество получаемых структур микроэлектроники. Для конструирования новых типов технологических реакторов и дизайна новых технологических процессов необходимо использование точных, не возмущающих диагностических методов. Плазма обладает эмиссионными свойствами в широком диапазоне частот, поэтому эмиссионная томография является перспективным методом исследования латеральной однородности компонентов плазмы.
Ранее нами был разработан [1—2], оптимизирован [3] и верифицирован [4] метод диагностики на основе двухракурсной, спектрально разрешенной оптической эмиссионной томографии плазмы, схема сканирования в которой совместима с промышленными реакторами микроэлектроники.
Использование эмиссионной актинометрии [5], совместно с предложенным алгоритмом позволяет определять латеральное распределение, как заряженных частиц плазмы, так и незаряженных активных радикалов по их характеристическому оптическому излучению.
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для определения латеральной однородности, как ионной компоненты плазмы, так и свободных радикалов были проведены томографиче-
ские эксперименты на БР3 плазме в экспериментальной камере плазменно-иммерсионного ионного имплантера (рис. 1). Разряд индуктивного типа (планарный 1СР 13.56 МГц, удаленный источник), обеспечивал генерацию плотной плазмы при давлениях в камере 2—15 мторр, при мощности разряда 400—1000 Вт. Реактор снабжен пристеночными магнитными системами настройки однородности плазмы. Для исключения влияния переотражений эмиссионного излучения была введена пристеночная вставка, поглощающая излучение в исследуемом диапазоне. Спектральный диапазон экспериментального томографического комплекса, построенного на базе двухканального акустооптического спектрометра "Кварц-2000" составлял 300—855 нм, что в сочетании с высоким спектральным разрешением акустооптических фильтров (<0.3 нм) позволяет проводить измерения эмиссионных атомных и молекулярных линий. Коллимирующие объективы детекторов собирают излучение в телесном угле 5°. Диапазон перемещения объективов по углу в устройствах веерного сканирования составляет 100°, а минимальный шаг углового перемещения 1.8°. Отношение сигнал/шум, определяемое системой регистрации спектрометра, составляло 45 дб.
За счет высокого спектрального разрешения приемников излучения сбор излучения реактора осуществлялся для различных компонентов плазмы независимо. На рис. 2 показаны измеренные эмиссионные спектры ББ3 плазмы с добавлением 2% Аг в широком диапазоне длин волн. Из них видно, что наблюдаются интенсивные линии, как атомов Б* (незаряженные радикалы), так и ионов Б+. Поэтому этот тип плазмы удобен для томографии ионов и радикалов одновременно.
435
3*
Рис. 1. Схема томографического эксперимента с использованием двухканального спектрометра "Кварц-2000" (разработка ФТИАН-ВНИИФТРИ).
В БР3 плазме присутствуют четыре типа частиц (нейтральные молекулы, молекулярные ионы, атомарные радикалы и атомарные ионы), которые могут иметь разное пространственное и энергетическое распределение. В связи с этим латеральное распределение электронной температуры в области сканирования нельзя полагать однородным. Поэтому для исключения влияния неоднородности параметров электронной компоненты плазмы по сечению реактора на интенсивность излучения ионов и ради-
где пР — концентрация атомов фтора; пе — концентрация электронов; а р (б) — сечение возбуждения оптического перехода; те — масса электронов; е — энергия электронов; /(г) — функция распределения электронов по энергиям. Аналогичные выражения могут быть написаны для ионов Б+ и радикалов Аг*.
Для низкотемпературной плазмы в области перекрытия функции распределения электронов по скоростям и сечения возбуждения перехода, сечение может быть аппроксимировано линейной зависимостью [6]. В результате концентрацию атомов фтора можно представить в виде:
пр (х, у) = КасЛс1 , (2)
Iаси(Х, У)
где иас1 — концентрация частиц актинометра; !р и /ас1 — интенсивности излучения атомов фтора и актинометра соответственно; Кас1 — актинометри-ческий коэффициент
калов, применялся метод актинометрической нормировки [5].
Порог возбуждения (Еш) ионов бора Б+ (345.1 нм) составляет Е1Ь = 12.69 эВ, для фтора Б* (703.7 нм) — Еь = 14.74 эВ, а для Аг* (750.4 нм) - = 13.47 эВ. Близость в значениях пороговых энергий позволяет использовать Аг* в качестве актинометра, как для атомов Б*, так и для ионов Б+.
Интенсивность излучения избранной спектральной линии, например, фтора может быть описана формулой [5]:
(1)
да
а р (е) —/ Ш е \те
Сканирование плазмы проводилось в сечении реактора, удаленной на 10 мм по вертикали от поверхности пластины. Для исследования возможностей томографического алгоритма в конструкцию реактора и во внешние параметры разряда вводились изменения, призванные вызывать неоднородности в плазме:
1) эксперимент проводился при различных значениях давления в камере реактора;
2) демонтировалась газораспределительная система, и использовался только один газовый ввод, расположенный асимметрично вдоль вертикальной оси реактора;
Г
X ПрПе I стр(е) —/е(еМе, \те
Е
ш
(а)
В
о «
Я
о
13
о о я <ч Я о Я
В
Я
И
Б*(623.9)
Б*(685.6) Б*(690.2)
БЕ3-плазма
Б*(703.7) Аг*(750.4), (751.5) Б*(712.8) I
' Аг*(810.4), (811.5)
Б*(739.9)
' Аг*(763.5)
0*(777.1—777.5)
600 650 700 750 800 850 Длина волны, нм
© я'
Н 30 о
«
и н
о
20
з
13
о
о
§ 10 и
о
н
в
н И
ББ*
(б)
ББ3-плазма
300 320 340 360 380 400 Длина волны, нм
Рис. 2. Спектры ББ3 плазмы с добавлением 2% Аг. Исследуемые линии: Б+ (345.1 нм), Б* (703.7 нм), Аг* (750.4 нм).
3) вводились искусственные неоднородности пристеночного магнитного поля, за счет локального помещения постоянного магнита на стенку реактора;
4) исследовалось влияние наличия кремниевой пластины на латеральное распределение частиц плазмы.
Характеристикой неоднородности плазмы по сечению реактора считалась величина относительной неоднородности реконструированного поля в области, ограниченной пластиной (отмечена контуром на рисунках):
8 = ^ х 100%, (п)
где (п) =1 П — среднее значение концентрации частиц по ячейкам сетки N,
(п^) = (п -(П)2 — среднеквадратичное
отклонение в значении концентрации частиц по ячейкам сетки N.
Сбор излучения реактора осуществлялся для различных компонентов плазмы независимо. После чего определялась интенсивность излучения соответствующей компоненты для каждого из лучей ракурса. Затем проводилась томографическая реконструкция распределения каждой из исследуемых компонентов плазмы и окончательно в соответствии с формулой (2) определялось относительное латеральное распределение, как ионов бора, так и нейтральных атомов фтора.
РЕЗУЛЬТАТЫ ДИАГНОСТИКИ ЛАТЕРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ББ3 ПЛАЗМЫ
Проведено исследование зависимости латерального распределения ионов бора Б+ и радика-
8
6
4
2
0
Рис. 4. Томографическая реконструкция распределения концентрации атомов фтора по сечению реактора: а — (Р = = 2 мторр; п = 0.27; 5 = 18%); б - (Р = 10 мторр; п = 0.009; 5 = 20%); в - (Р = 2 мторр; магнит; п = 0.34; 5 = 17%).
лов фтора Б* от давления в камере реактора 2 мторр ^ 6 мторр ^ 10 мторр. На рис. 3а отчетливо виден пик, соответствующий положению проекции газового ввода. Рост давления (рис. 3б) приводит к увеличению рассеивания потока частиц в плазме к моменту достижении ими сечения реактора, где проводилась томография, что в свою очередь приводит к повышению однородности распределения ионов Б+ вблизи поверхности пластины. Для атомов Б*, при том же давлении (рис. 4а), отсутствует пик, соответствующий проекции газового ввода, а наблюдается лишь асимметрия в распределении частиц. Это можно объяснить тем фактом, что пороговое значение энергии образования свободных радикалов в несколько раз ниже по сравнению с порогом ионизации. В связи с чем, процесс ионизации происходит в основном в области разряда, непосредственно в источнике, а диссоциация -и в других областях реактора. Это эффект приводит к более однородному распределению атомов Б* по сравнению с ионами Б+. Небольшие седловины в значениях концентрации, которые можно наблюдать на рисунках, связаны: во-первых, с ограниченностью модели, которая представляет любую плазменную неоднородность в виде конечного числа одиночных пиков [1-3], а, во-вторых, с увеличением погрешности при делении двух полей интенсивности - частицы и актинометра.
На рис. 3в и 4в показано влияние локального искажения пристеночного магнитного поля на распределение ионов Б+ и радикалов Б* соответственно. Из сравнения рисунков 3а и 3в видно, что магнитное поле оказывает существенное влияние на распределение ионов бора, так как магнит помещался с противоположенной стороны от газового ввода, то распределение ионов бор
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.