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


     14.12.2017 - 14:00Диссертационный совет
    Защита диссертаций
    (конференц-зал ФТИАН)

    А.В. Цуканов
    (ФТИАН)

    Полупроводниковые квантовые точки с оптическим и электрическим управлением в квантовых вычислениях
    (Защита диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук)


    Л.В. Белинский
    (МИЭТ)

    Разработка методов и алгоритмов высокоточной томографии квантовых состояний
    (Защита диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук)

     05.12.2017 - 14:00Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники
    Научный семинар
    «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники»
    (конференц-зал ФТИАН)

    Д. С. Кибалов, В. К. Смирнов
    (ООО "Квантовый кремний" г. Ярославль)

    Полевые транзисторы с наноструктурированным каналом

     28.11.2017 - 15:00Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники
    Научный семинар
    «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники»
    (конференц-зал ФТИАН)

    К.С. Гришаков
    (Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ)

    Статические и динамические характеристики резонансно-туннельных диодов в когерентной модели
    (по материалам диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук)

     16.11.2017 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»
    (конференц-зал ФТИАН)

    О. Г. Сосунов
    (Новосибирский завод полупроводниковых приборов)

    Ячейка электрида как элемент квантового компьютера.

     09.11.2017 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»
    (конференц-зал ФТИАН)

    К. Г. Катамадзе
    (ФТИАН, МГУ)

    Исследование квадратурных распределений квазитепловых состояний света с отщеплением заданного числа фотонов

     31.10.2017 - 15:00Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники
    Научный семинар
    «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники»
    (конференц-зал ФТИАН)

    Трунькин И.Н.
    (НИЦ Курчатовский институт)

    Определение атомной структуры гетеросистем на основе A3B5 комплексом методов электронной микроскопии
    (По материалам диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук)


    С. Зайцев, Я Шабельникова
    ( ИПТМ РАН)

    Ионная стерео-литография с суб-10нм разрешением

     03.10.2017 - 15:00Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники
    Научный семинар
    «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники»
    (конференц-зал ФТИАН)

    О. А. Рубан
    («Московский технологический университет» МИРЭА)

    Частотные характеристики нитрид-галлиевых полевых транзисторов с учетом структурной релаксации барьерного слоя AlGaN
    (По материалам диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук)

     28.09.2017 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»
    (конференц-зал ФТИАН)

    Л.В. Белинский
    (МИЭТ, ФТИАН)

    Разработка методов и алгоритмов высокоточной томографии квантовых состояний
    (по материалам кандидатской диссертации)

     14.09.2017 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»
    (конференц-зал ФТИАН)

    Б. И. Бантыш
    (ФТИАН, МИЭТ)

    Информационные аспекты слабых и защищённых измерений

     07.09.2017 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»
    (конференц-зал ФТИАН)

    А. В. Цуканов
    (ФТИАН)

    Полупроводниковые квантовые точки с оптическим и электрическим управлением в квантовых вычислениях
    (по материалам диссертационной работы на соискание ученой степени доктора физико-математических наук)

     06.07.2017 - 15:00Квантовые компьютеры
    Научный семинар
    «Квантовые компьютеры»
    (конференц-зал ФТИАН)

    Д. В. Фастовец
    (ФТИАН, МИЭТ)

    Влияние декогерентизации на качество квантового хеширования

     29.06.2017 - 14:00Диссертационный совет
    Защита диссертаций
    (конференц-зал ФТИАН)

    И.С. Федоров
    ( Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова)

    Разработка основ технологии формирования электродов тонкопленочного литий-ионного аккумулятора методом магнетронного распыления
    (Защита диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук)


    А.С. Грязев
    (Национальный Исследовательский Университет МЭИ)

    Исследование характеристик рассеяния электронов в твёрдых телах для определения толщин нанопокрытий методами электронной спектроскопии
    (Защита диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук)


    Архив семинаров
    На главную страницу
    Написать письмо
    Мобильная версия Мобильная версия  

    © 2001-2017 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт Российской академии наук (ФТИАН РАН)
    www.ftian.ru

      Яндекс цитирования