Физико-технологический институт Российской академии наук (ФТИАН)
Главная | Дисс. совет | Конкурсы | Разработки | Издания и публикации | Семинары | Контакты

Разработка серии пилотных плазмохимических установок для субмикронных технологических процессов производства ИС и проектными нормами 0,13-0,5 мкм

  • Плазменные процессы в технологии кремниевых ИС, исследуемые в лабораториях ФТИАН
  • Широкоапертурный источник плотной плазмы
  • Радиальные зависимости концентраций положительных ионов и электронов, электронной температуры в плазме BF3
  • Травление кремния и других материалов на установке с широкоапертурным источником плотной плазмы
  • Плазменно-иммерсионная ионная имплантация (ПИИИ)
  • Особенности плазмоиммерсионной имплантации (BF3)
  • Формирование суб-100 нм р-n переходов
  • Установка для плазмостимулированного осаждения диэлектриков
  • Плазмостимулированное осаждение SiO2 в тренчи (0,5х2 мкм) и частичная планаризация рельефа
  • Мониторинг плазменных технологических процессов
  • Новое поколение быстродействующих акусто-оптических спектрометров (ВНИИФТРИ)
  • Мониторинг процесса формирования затвора МОП-транзистора методом АО-актинометрии
  • Мониторинг травления структуры Si3N4(0.15мкм)/SiO2(0.3мкм)/Si методом АО-актинометрии
  • Увеличение чувствительности спектральных методов для определения момента окончания процесса
  • Диагностика плазмы в широкоапертурных источниках
  • Томография источников плазмы на основе ОЭС (2D-распределения реактивных частиц, ионов)
  • Плазмохимические модули в микроэлектронных производствах
  • Резюме


  • НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ В ОБЛАСТИ ИСТОЧНИКОВ ПЛОТНОЙ ПЛАЗМЫ, ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ, ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

    (Лаборатория микроструктурирования и субмикронных приборов,
    Зав.лабораторией академик А.А.Орликовский)

    Плазменные процессы в технологии кремниевых ИС, исследуемые в лабораториях ФТИАН

  • Травление кремния, кремнийсодержащих диэлектриков, металлов и т.д.
  • Низкотемпературное нанесение диэлектриков
  • Снятие фоторезиста (стриппинг)
  • Стабилизация резиста
  • Очистка поверхности пластин от органических загрязнений и атомов тяжелых металлов
  • Частичная планаризация
  • Ионная имплантация


  • Широкоапертурный источник плотной плазмы
    ХАРАКТЕРИСТИКИ:
  • Тип разряда: ВЧ-индуктивный с магнитным удержанием плазмы
  • Генератор:13,56 МГц, до 3 кВт
  • Диапазон рабочих давлений: 1x10-4 – 1x10-2 Торр
  • Рабочие газы: H2, He, Ar, CxFy, SF6, O2, BF3
  • Плотность плазмы (разряд в аргоне):3x1012 см-3 при 3x10-3 торр
  • Температура электронов 4,25 эВ
  • Возможность масштабирования




  •    Конструкция реактора, фото на рисунке, включает ВЧ источник плазмы и держатель, предназначенный для размещения на нем пластины Ø 150 мм. Рабочая камера источника представляет собой цилиндр Ø 300 мм и высотой 200 мм, выполненный из нержавеющей стали. Магнитная система ВЧ источника ИВП построена с применением постоянных магнитов, изготовленных из сплава Nd-Fe-B.
       В источнике достигнута высокая плотность плазмы и высокая радиальная однородность, низкая температура электронов, что иллюстрируется на рисунках, приведенных ниже.

    Радиальные зависимости концентраций положительных ионов и электронов, электронной температуры в плазме BF3




    Давление в камере 2,5 мторр, мощность 600Вт

    Травление кремния и других материалов на установке с широкоапертурным источником плотной плазмы


    Тренчи в кремнии шириной 0,5 мкм


    Щель в двуокиси кремния 40 нм


    Щель в двуокиси кремния 82,6 нм


    Установка травления

    Плазменно-иммерсионная ионная имплантация (ПИИИ)
       Традиционные методы ионной имплантации становятся малопроизводительными в диапазоне энергий ионов ниже 5 кэВ, что связано с неизбежным падением тока пучка, формируемого ионной оптикой. Использование оксидных и резистивных масок для дополнительного торможения высокоэнергетичных ионов при ультрамелком легировании поверхностных областей кремния существенно усложняет технологию.
       Альтернативным способом ультрамелкого легирования, позволяющим разрешить эту проблему, является метод широкоапертурной плазменно-иммерсионной ионной имплантации (ПИ3). В отличие от традиционных имплантеров, иммерсионный режим дает сокращение времени набора дозы в десятки раз с возможностью прецизионной регулировки энергии ионов в суб-1кэВ диапазоне. В то же время, отсутствие сепарации ионов по массам предъявляет повышенные требования к разработке конкретных процессов имплантации. Преимущества ПИИИ сводятся к следущим:
  • Возможность создания р-n переходов с глубиной залегания 10-100 нм
  • Возможность увеличения производительности процесса в десятки раз по отношению к традиционным имплантерам
  • Стоимостные и массогабаритные показатели ПИИИ на порядок превосходят традиционные имплантеры







  • Во ФТИАН разработан плазменно-иммерсионный ионный имплантер
       Со следующими характеристиками:
  • Диаметр обрабатываемых пластин: 150-200 мм
  • Плотность ионов в плазме (BF3): 5х1010-5х1011см-3
  • Плотность ионного тока: 1-5 мА/см2
  • Неоднородность плотности ионов на диаметре 150 мм: <2%
  • Режим имплантации: импульсно-периодический
  • Параметры импульсов смещения: длительность 1–20 мкс, частота 0.5–5 кГц,
  • Амплитуда: -(0.2–5) кВ
  • Время набора дозы: <1 мин.


  • Особенности плазмоиммерсионной имплантации (BF3)


    Влияние состава плазмы на профиль концентрации имплантированного бора

       Распределения концентрации бора в зависимости от процентного содержания ионов BF2+ в общем потоке ионов: 50% - красн., 70% – зелен., 90% - синяя линии (расчет). Эксперименту соответствует зеленая линия.


    Влияние плазмохимического травления поверхности крения на результат имплантации

       Одновременно с процессом имплантации в плазме BF3 радикалы фтора травят приповерхностный слой, что с увеличением дозы приводит к насыщению результирующей дозы.

    Формирование суб-100 нм р-n переходов


    Концентрационный профиль бора в кремнии (100)
    (после отжига Т=850°С, t=15 мин)
    Предаморфизация в плазме Хе, Р=1,1*10-1 Па, W=1250 Вт
    Uсм=-3,75кВ, f=1 кГц, Iср=0,3 А, t=30 с.
    Имплантация в плазме BF3, Р=2,7*10-2 Па, W=1250 Вт
    Uсм=-3,75кВ, f=1 кГц, Iср=0,14 А, t=10 с.

    Оценка дозы D=55*10-6 К/см2


    Интервал изолиний – 0,5% Rav

    Установка для плазмостимулированного осаждения диэлектриков
       Состав прототипа установки, разработанной ФТИАН:
  • Плазменный источник с индуктивным возбуждением плазмы и магнитной системой для повышения плотности и однородности плазмы;
  • Держатель с механическим прижимом пластины с подачей газообразного гелия под пластину для выравнивания радиального распределения температуры по пластине и улучшения ее теплового контакта с держателем;
  • Вакуумная система (система откачки);
  • Система газонапуска;
  • ВЧ генератор с устройством согласования с индуктором возбуждения плазмы;
  • ВЧ генератор с устройством согласования для подачи смещения на держатель пластины;
  • Система контроля и поддержания температуры пластины;
  • Шлюзовая камера для ручной загрузки пластин;
  • Система мониторинга процесса осаждения методом многоканальной элипсометрии;
  • Автоматизированная спектроскопическая система мониторинга компонентного состава плазмы;
  • Система автоматического управления процессом осаждения и вспомогательными операциями (управление системой загрузки-выгрузки пластин, вакуумной системой, газовой системой, системой поддержания температуры пластины; генераторами мощности и смещения и остановка процесса);
  • Стойка ручного управления.


  •    Установка удовлетворяет следующим техническим требованиям:
       Диаметр плазменного источника: не более 350 мм
       Высота источника: не более 300 мм
       Диаметр обрабатываемой пластины: 100 мм
       Неоднородность плотности ионов на диаметре 100 мм: <±1%
       Плотность ионного тока на пластине: 0,1–20 мА/см2
       Рабочее давление:10-4–10-2 Topp
       Остаточное давление:2x10-6 Topp
       Тип высоковакуумного насоса, его производительность: Турбомолекулярный, не менее 750 л/с
       Тип форвакуумного насоса, его производительность: Механический, не мене 14 л/мин
       Рабочие газы: SiH4, O2, Не, гексаметилдисилозан тетраэтоксисилан, Аг и др.
       Способ подачи газов: Газораспределительное кольцо
       Количество каналов газонапуска и тип регуляторов расхода газа: 4, стандартный (РРГ - 6 или РРГ-3)
       Магнитная система: Постоянные магниты из сплава Nd-Fe-B


       Способ возбуждения плазмы: Безэлектродный разряд с ВЧ индуктивным возбуждением плазмы
       Диапазон автоматического поддержания температуры пластины: 80-500°С
       Точность поддержания температуры: Не хуже ±10°С
       Разброс значений температуры по площади пластины на диаметре 90 мм в процессе осаждения: ±3%
       Прижим пластины: Механический
       Время загрузки (выгрузки) пластины: Не более 60 с.
       Способ измерения толщины растущей пленки, тип прибора и его паспортное разрешение по толщине: Многоканальная элипсометрия; ЕК-70, 0.1нм
       Диапазон спектрометра: 300-800 нм
       Спектральное разрешение: 0,15-0,35 нм
       Максимальная скорость роста двуокиси кремния: Не менее 0,2 мкм/мин.
       Смещение, подаваемое на держатель пластин: ВЧ-13,56МГц, 0-500 Вт, возникающее при этом постоянное смещение должно лежать в диапазоне +20 + - 400 В
       Конструкционные материалы вакуумного объема: Нержавеющая сталь, сверхчистая керамика, кварц, витон, медь
       Масса: Не более 800 кг

    Плазмостимулированное осаждение SiO2 в тренчи (0,5х2 мкм) и частичная планаризация рельефа
    Осаждение SiO2 окислением (CH3)6Si2O
    W=1,5 кВт, Р=2х10-3 Торр, Ts=300K; O/Si=1,95-1,99;
    Eпор=106 В/см;
    Iут<10-10 A/см2; n=1,45±0,01
    Неравномерность на 200 мм < 2%

       Тренчи шириной 0,5 мкм и глубиной 1,5 мкм заполнялись диоксидом кремния, получаемым из процесса плазмохимического разложения гексаметилдисилоксана (ГМДС) с последующим окислением продуктов реакции на поверхности пластины.

      

       Скорость заполнения при высоких аспектных соотношениях не превышала 0,1мкм/мин. Продемонстрировано сглаживание рельефа после заполнения тренчей и возможность планаризации поверхности после заполнения тренчей с высоким аспектным соотношением.

    Мониторинг плазменных технологических процессов
       Известны:
  • Спектральные диагностические методы.
  • Масс-спектрометрия in situ.
  • Зондовые методы диагностики процессов травления.
  • СВЧ-диагностика плазмы в качестве end-point детектора.
  • Интерферометрические и эллипсометрические методы.
  • Термометрия поверхности в диагностике плазменных процессов.


  • Новое поколение быстродействующих акусто-оптических спектрометров (ВНИИФТРИ)
  • Спектральный диапазон: 400-800 (300-855) нм
  • Число независимых спектральных каналов: 1-4
  • Спектральное разрешение: 0,15 – 0,3 нм
  • Частицы в плазме, регистрация которых возможна использованием АОС
  • Реактивные частицы: Cl*,Cl+, F*, Br*,Br+, O*, O2+, CF, CCl, H-продукты реакции:SiF*, CN*, CO, Al, Si, С2- газы-актинометры: N2, He, Ne, Ar, Kr, Xe





  • Мониторинг процесса формирования затвора МОП-транзистора методом АО-актинометрии


    Мониторинг травления структуры Si3N4(0.15мкм)/SiO2(0.3мкм)/Si методом АО-актинометрии


    Увеличение чувствительности спектральных методов для определения момента окончания процесса







       Разностная схема для геликонных и ЭЦР –источников плазмы фазового детектирования для ICP/TCP – источников плазмы
       В основе предложенного нами метода спектрального синхронного детектирования лежит тот факт, что полезный сигнал эмиссии ХАЧ неизбежно оказывается модулирован частотами, присутствующими в генераторе плазмы. В НЧ-генераторах плазмы глубина модуляция оптической эмиссии достигает 100 %. Используя частоту модуляции генератора плазмы как опорную для фазового детектора, входной измеренный сигнал оптической эмиссии, пришедший в фазе с опорным, демодулируется по отношению к этой частоте. Все сигналы некогерентные с опорным, резко ослабляются. Поэтому проверка гипотезы о положительном эффекте синхронного детектирования спектрального сигнала проводилась на НЧ-реакторе, имеющем максимальную глубину модуляции разряда. Блок-схема модифицированной установки спектрального мониторинга с фазовым детектированием показана на рисунке. Она включает в себя спектрометр, систему выделения сигнала и саму установку ПХТ.
       Спектральный анализ эмиссионного сигнала плазмы проводился скоростным акустооптическим спектрометром "Кварц-4М", состоящим из фотоприемной головки и электронного блока обработки сигнала, совмещенного с управляющим компьютером. Для выделения из шумов преобразованного фотоголовкой сигнала эмиссионных линий плазмы применен фазовый детектор “Unipan 232B” с предварительной фильтрацией исследуемого сигнала полосовым фильтром “Unipan 233”. Подключение фазового детектора к используемому спектрометру, с целью сохранения режимов работы электронных блоков последнего, осуществлялось через разработанное устройство согласования.
       Для распространенных в настоящее время ВЧ- (13,56 МГц) и СВЧ- (2.45 ГГц) плазменных реакторов необходимо вводить низкочастотную модуляцию генераторов, сигнал которой и будет опорным для синхронного детектирования.

    Диагностика плазмы в широкоапертурных источниках
    Автоматизированный диагностический комплекс:
  • автоматизированная оптическая эмиссионная спектрометрия для определения состава плазмы
  • автоматизированные измерения плотности плазмы, температуры электронов и равномерности потока ионов с пространственным разрешением



  • Томография источников плазмы на основе ОЭС (2D-распределения реактивных частиц, ионов)
       Синхронный двухканальный спектрометр для регистрации эмиссионного излучения активных радикалов и ионов во F-, Cl-и Br-содержащей плазме по двум независимым каналам,Система автоматизированного сканирования оптических детекторов по двум координатам,Комплект программного обеспечения управления томографом, Пакет специализированных программ компьютерной томографии



       Продольное распределение плотности частиц в плазме вдоль поверхности пластины является критическим для плазменных процессов на стадии производства интегральных схем, и должно быть оптимизировано на этапе разработки процесса. Оптическая эмиссионная томография плазмы является многообещающим методом для этой цели.

    Плазмохимические модули в микроэлектронных производствах




    Резюме
       Разработаны масштабируемые широкоапертурные источники плотной плазмы и конструкции плазменных установок на их основе, разработаны плазменные глубоко субмикронные процессы травления, осаждения, частичной планаризации, имплантации, стабилизации и удаления резиста, очистки поверхности пластин и др.
       Разработаны методы мониторинга плазменных процессов и аттестации источников плазмы применением только отечественных диагностических средств: оптических эмиссионных спектрометров (ВНИИФТРИ) и спектроэллипсометров (ИРЭ РАН)
       На основе выполненных разработок возможно создание промышленного оборудования как кластерного, так и модульного типов для отечественных глубоко субмикронных производств.
    Международная конференция «Микро- и наноэлектроника»
    Международная конференция
    «Микро- и наноэлектроника»


    Симпозиум «Квантовая информатика»
    Симпозиум «Квантовая информатика»

    Библиотека ФТИАН
    Библиотека ФТИАН


     11.06.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    И. А. Семериков
    (ФИАН)

    Ионная платформа для квантовых вычислений

     28.05.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    Е. О. Киктенко
    (РКЦ)

    Применение кудитов в квантовых вычислениях
    (Онлайн семинар (Для записи обращайтесь к Юрию Кузнецову по адресу yurii.a.kuznetsov@gmail.com))

     21.05.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    И. А. Лучников
    (МФТИ)

    Тензорные сети и машинное обучение для динамических и стационарных квантовых систем (по материалам кандидатской диссертации)
    (Онлайн-семинар )

     14.05.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    А.И. Зенчук
    (Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка)

    Квантовые корреляции в процессах переноса и создания квантовых состояний в системах частиц со спином ½ (по материалам докторской диссертации)
    (Онлайн семинар )

     07.05.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    Д.В. Фастовец, Ю.И. Богданов, Н.А. Богданова, В.Ф. Лукичев
    (ФТИАН)

    Разложение Шмидта и когерентность многомерных состояний кота Шредингера
    (Онлайн семинар )

     30.04.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    Ю.И. Богданов, Н.А. Богданова, К.Г. Катамадзе, Г.В. Авосопянц, В.Ф. Лукичев
    (ФТИАН)

    Гиперпуассоновская статистика фотонов
    (Онлайн семинар )

     23.04.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    Б. И. Бантыш, А. Ю. Чернявский, Ю. И. Богданов
    (ФТИАН)

    Сравнение методов томографии чистых и почти чистых квантовых состояний
    (Онлайн семинар )

     12.03.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    Г. И. Стручалин
    (Центр квантовых технологий МГУ имени М. В. Ломоносова)

    Теневая томография

     27.02.2020 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    Б. И. Бантыш
    (ФТИАН им. К. А. Валиева РАН)

    Эталонное оценивание методов квантовой томографии


    Г. В. Авосопянц
    (Центр квантовых технологий МГУ имени М. В. Ломоносова)

    Характеризация линейно-оптических интегральных схем посредством корреляционных измерений тепловых полей

     25.02.2020 - 15:00Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники
    Научный семинар
    «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники»
    (конференц-зал ФТИАН)

    Н. А. Симонов
    (ФТИАН им. К. А. Валиева РАН)

    Концепция пятен для задач искусственного интеллекта и построения нейроморфных систем

     18.02.2020 - 15:00Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники
    Научный семинар
    «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники»
    (конференц-зал ФТИАН)

    А. В. Цуканов
    (ФТИАН им. К. А. Валиева РАН)

    Спектроскопическое измерение зарядового кубита на двойной квантовой точке с помощью фотонной молекулы

     21.11.2019 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    С. В. Винцкевич
    (ИОФАН, МФТИ)

    Лоренц инвариантная масса классических импульсов излучения и перепутанных состояний бифотонов
    (По материалам кандидатской диссертации)

     12.09.2019 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»


    А. С. Трушечкин
    (МИАН)

    Стойкость протокола квантовой криптографии ВВ84 при несовпадающих эффективностях однофотонных детекторов

     25.06.2019 - 15:00Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники
    Научный семинар
    «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники»
    (конференц-зал ФТИАН)

    Д. А. Абдуллаев
    (РТУ МИРЭА)

    Вакуумно-плазменное травление тонких сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца и структур на их основе


    Архив семинаров
    На главную страницу
    Написать письмо
    Мобильная версия Мобильная версия  

    © 2001-2020 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт имени К.А. Валиева Российской академии наук (ФТИАН им. К.А. Валиева РАН)
    www.ftian.ru

      Яндекс цитирования