|
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»

Симпозиум «Квантовая информатика»

Библиотека ФТИАН
Аспирантура ФТИАН
04.02.2021 - 15:00 |  |
Научный семинар «Квантовые компьютеры»
Фастовец Д.М. (ФТИАН)
Разложение Шмидта и когерентность интерферирующих альтернатив (
Онлайн семинар Для записи обращайтесь к Юрию Кузнецову yurii.a.kuznetsov@gmail.com) |
28.01.2021 - 15:00 |  |
Научный семинар «Квантовые компьютеры»
К.Г. Катамадзе (ФТИАН)
Статистика фотонов для метрологических приложений: построение изображений и характеризация линейно-оптических схем (Онлайн семинар Для записи обращайтесь к Юрию Кузнецову yurii.a.kuznetsov@gmail.com) |
06.10.2020 - 15:00 |  |
Научный семинар «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники» (конференц-зал ФТИАН)
М.С. Рогачев (ФТИАН им. К. А. Валиева РАН)
Моделирование оптического отклика фотонных молекул на основе алмазных микродисков с NV-центрами (по материалам диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
(Семинар состоится в режиме ОНЛАЙН. Для записи обращайтесь к Андрею Мяконьких miakonkikh@ftian.ru)) |
29.09.2020 - 15:00 |  |
Научный семинар «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники» (конференц-зал ФТИАН)
Ф. А. Сидоров (ФТИАН им. К. А. Валиева РАН)
Физические механизмы сухого электронно-лучевого травления (Семинар состоится в режиме ОНЛАЙН. Для записи обращайтесь к Андрею Мяконьких miakonkikh@ftian.ru) |
18.06.2020 - 15:00 |  |
Научный семинар «Квантовые компьютеры»
Ю.И. Богданов, Н.А. Богданова, В.Ф. Лукичев (ФТИАН)
Томография квантовых систем в условиях ограниченной статистической устойчивости (Онлайн семинар
Для записи обращайтесь к Юрий Кузнецову
yurii.a.kuznetsov@gmail.com) |
16.06.2020 - 15:00 |  |
Научный семинар «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники» (конференц-зал ФТИАН)
С.А. Двинин, О. А. Синкевич, Д. К. Солихов и З. А. Кодирзода (МГУ имени М.В. Ломоносова)
Особенности возбуждения электромагнитного поля в емкостном ВЧ разряде (Семинар состоится в режиме ОНЛАЙН. Для записи обращайтесь к Андрею Мяконьких miakonkikh@ftian.ru) |
11.06.2020 - 15:00 |  |
Научный семинар «Квантовые компьютеры»
И. А. Семериков (ФИАН)
Ионная платформа для квантовых вычислений (Онлайн семинар) |
28.05.2020 - 15:00 |  |
Научный семинар «Квантовые компьютеры»
Е. О. Киктенко (РКЦ)
Применение кудитов в квантовых вычислениях (Онлайн семинар
) |
21.05.2020 - 15:00 |  |
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 - 15:00 |  |
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 - 15:00 |  |
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 - 15:00 |  |
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 - 15:00 |  |
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 - 15:00 |  |
Научный семинар «Квантовые компьютеры»
Г. И. Стручалин (Центр квантовых технологий МГУ имени М. В. Ломоносова)
Теневая томография |
27.02.2020 - 15:00 |  |
Научный семинар «Квантовые компьютеры»
Б. И. Бантыш (ФТИАН им. К. А. Валиева РАН)
Эталонное оценивание методов квантовой томографии |
Архив семинаров
|
| |