Важнейшие результаты (Page 4)

Развита концепция применения невозмущающих методов мониторинга и диагностики плазменных технологических процессов, основанная на контроле параметров плазмы и приповерхностных слоев пластины в реакторе. Разработаны методы, средства и программное обеспечение, предназначенные для применений при разработке новых технологий для мониторинга параметров технологических процессов и контроля состояния камеры реактора, а также в качестве детекторов окончания процессов.

К.В. Руденко, Я.Н. Суханов, А.А. Орликовский. Диагностика insitu и управление плазменными процессами в микроэлектронной технологии.// В кн. «Энциклопедия низкотемпературной плазмы», Под ред. Ю.А. Лебедева, Н.А. Платэ, В.Е. Фортова, М.,”Наука”, т. XII-5 (2006).

Впервые в России разработан экспериментальный низковольтный высокодозовый плазменно-иммерсионный ионный имплантер для ультрамелкого легирования стока/истока нанотранзисторов с проектными нормами 130 – 32 нм, обладающий уникальными возможностями ионного 3D-легирования, например, стенок тренчей в структурах DRAM, плавниковых структур перспективных многозатворных нанотранзисторов.

Основные характеристики

• Диаметр обрабатываемой пластины – до 150 мм
• Режим имплантации – иммерсионный, импульсно периодический
• Диапазон энергии ионов – 0.1 – 5 кЭв
• Диапазон доз легирования – 5х10¹⁴ – 5х10¹⁷ см^-2
• Скорость набора дозы –10¹⁴ – 10¹⁵ см^-2 с^-1

Уникальные возможности технологии

• Большой флюенс ионов при низких энергиях
• Большая скорость набора дозы
• Время имплантации не зависит от площади пластины
• Прекрасные возможности для 3D легирования непланарных структур
• Легко реализуемая ко-имплантация различных ионов, последовательные процессы имплантации в одной камере
• Диапазон доз легирования простирается вплоть до уровней образования новых фаз, возможно создание структур ионным синтезом.

А.А. Орликовский, К.В. Руденко, С.Н. Аверкин. Прецизионные плазмохимические процессы микроэлектроники на базе серии пилотных установок с масштабируемымICP-источником плазмы.// Химия высоких энергий, т.40, № 3, с. 220 – 232 (2006).

Разработаны и исследованы процессы ультрамелкого легирования кремния бором для формирования p-областей стока/истока и околозатворного легирования (extensions) нанотранзисторов. Проблема высокодозовой ультрамелкой имплантации легких ионов бора при низких ускоряющих напряжениях решена плазменно-иммерсионными методами. Сформированы сильнолегированные слои с глубиной p-n переходов 7 – 20 нм как на объемном кремнии, так и в структурах с тонким SOI (до 50 нм).

Руденко К.В., Лукичев В.Ф., Орликовский А.А. Технологии плазменно-иммерсионной ионной имплантации для формирования приборных структур наноэлектроники (Пленарный доклад). //Труды VI Международного симпозиума ISTAPC-2011, стр. 37-38.

1. Miakonkikh, K. Rudenko , V. Rudakov, A. Orlikovsky.Comparative investigation of ultra-shallow boron implantation into bulk silicon and SOI structures by PIII technique.//Proc. of Intern. Conference on Micro- and Nanoelectronics – 2012, Zvenigorod, Book of Abstracts, p. O3-19 (2012).

Исследования в области физики и технологии затворных структур кремниевых МДП-нанотранзисторов (так называемых HKMG-FET транзисторов) с проектными нормами 32 нм и менее с использованием high-Kподзатворных  диэлектриков и металлических затворов. Разработаны процессы селективного по отношению к HfO₂ травления наноразмерных металлических затворов и процессы высокоселективного по отношению к кремнию травления high-K диэлектрика.  Т.о., разработаны технологические основы создания HKMG-стеков нанотранзисторов.

I.I. Amirov, S.N. Averkin, V.F. Lukichev, V.A. Kalnov, A.A. Orlikovsky, and K.V. Rudenko. Plasma processing in micro- and nanoelectronics: process design, in situ process diagnostics, and concept of equipment. Nanotechnology International Forum, 1-3 November, 2010, Moscow. (2010).

А.А. Орликовский, В.Ф. Лукичев, К.В. Руденко, А.С. Рудый. Критические элементы нанотранзисторов: физика, технология и материалы.//Интеграл, №4, с.10-17. (2010).

На основе разработанных методов и средств диагностики in situ плазменных технологических процессов развиты методы контроля параметров анизотропного травления и плазмостимулированного осаждения, которые позволяют обеспечить надежность плазменных технологических процессов при создании микро- и наноструктур.

К.В. Руденко, А.В. Мяконьких, А.А. Орликовский. Мониторинг плазмохимического травления структур poly–Si/SiO₂/Si: зонд Ленгмюра и оптическая эмиссионная спектроскопия. // Микроэлектроника, т.36, № 3, с. 206 – 221. (2007).

K.В. Руденко. Диагностика плазменных процессов в микро- и наноэлектронике.// Химия высоких энергий, т. 42, № 3, стр. 242-249 (2009).

Предложен и исследован способ, защищенный патентом РФ, решающий проблему определения момента окончания плазмохимического травления (EPD) микроэлектронных структур при предельно малой площади окон травления. Традиционный метод, использующий эмиссионную спектроскопию активных компонентов плазмы в реакторе, не позволяет надежно выделить  момент EPD из шумовой составляющей сигнала при площади окон травления менее 5-7% площади пластины. Модуляция плазмообразующего генератора и фазовое/синхронное детектирование сигнала плазмы позволили на порядок повысить чувствительность метода.

К.В. Руденко, Я.Н. Суханов, Н.И. Базаев. Возможности синхронного детектирования эмиссионного сигнала плазмы при мониторинге травления структур SiO₂/Si.// Микроэлектроника, т.32, № 4, с.271-276 (2003).

К.А. Валиев, А.А. Орликовский, К.В. Руденко, Ю.Ф. Семин, Я.Н. Суханов. Способ контроля момента окончания травления в плазме ВЧ- и СВЧ разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2248645, МКИ H01L 21/66 от 12.02.2003.

Предложено использовать томографические методы для оптимизации конструкции реакторов с широкоапертурными источниками плотной плазмы и параметров процессов. Развиты алгоритмы и программное обеспечение для малоракурсной эмиссионной томографии плазмы, основанные на методах классической реконструктивной томографии. Алгоритмы двухракурсной томографии плазмы проверены экспериментально в широкоапертурном плазменно-иммерсионном имплантере на плазме газа BF₃.

Фадеев А.В., Руденко К.В., Лукичев В.Ф., Орликовский А.А. Оптимизация томографического алгоритма реконструкции плазменных неоднородностей в технологических реакторах микроэлектроники. Микроэлектроника, т.40, № 2 (2011).

Усовершенствован двухстадийный процесс глубокого анизотропного травления кремния (Bosch), в результате чего значительно снижена шероховатость стенок канавки. Усовершенствованный процесс позволяет формировать глубокие «тренчи» через суб-100 нм апертуру  с гладкими вертикальными стенками, закругленным дном и аспектным отношением более 30. Технология реализована на установке плазмохимического травления «ПлатРАН-150», разработанной во ФТИАНе.

Аверкин С.Н., Жихарев Е.Н., Лукичев В.Ф., Орликовский А.А., Рылов А.А., Тюрин И.А. Анизотропное плазмохимическое травление глубоких канавок суб-100 нм ширины в кремнии через электронорезистную маску. Интеграл, 2013 (в печати).

Исследованы процессы осаждения оксида гафния с целью формирования слоев подзатворных диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью в МДП-нанотранзисторах. Разработаны технология получения тонких слоев оксида гафния методом электронно-лучевого испарения с предварительной подготовкой поверхности в высоковакуумной установке BalzersUMS-500 P и технология осаждения методом плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения (P-ALD) на установке FlexAl (Oxford Instruments, UK) под контролем спектральной эллипсометрии in situ. Получены и исследованы пленки диоксида гафния толщиной 2-7 нм. Измерены оптические характеристики, подтверждающие стехиометрический состав пленок, проведены CV-измерения затворных «стеков».

Полученные значения диэлектрической проницаемости пленки HfO₂  (23 – 25,2) и токов утечек в составе затворных структур (0,15 А/cм² при 1В) существенно лучше допустимых значений, предсказанных в ITRS на 2018 г. для перспективных нанотранзисторов УБИС процессоров и схем с малым потреблением энергии.

А.Г. Васильев, Р.А. Захаров, А.А. Орликовский, А.Е. Рогожин, М.С. Сонин, И.А. Хорин, Электрофизические характеристики затворных структур с HfO₂, сформированных методом электронно-лучевого испарения// Микроэлектроника, Т. 38, 2009, С. 361-368.

А.Miakonkikh, A. Rogozhin, K. Rudenko, and A. Orlikovsky, Properties of thin HfO₂ gate dielectric formed in Atomic Layer Deposition process, Book of Abstracts, International Conference Micro- and Nanoelectronics-2012, Zvenigorod, Russia, 1-5 October, 2012.

Впервые создана технология глубокого анизотропного травления  кремния с ингибитором (бромом) глубоких «тренчей» с вертикальными стенками в кремнии. Позднее анизотропное травление кремния в бромсодержащей плазме стало общепризнанной в мировой практике технологией. Впервые дано теоретическое описание апертурного эффекта. Изучены три механизма апертурного эффекта: ограничение доставки ионов и радикалов на травящуюся поверхность и  переосаждение продуктов реакции. Показано, что ограничение доставки ионов  и радикалов является доминирующим. Теоретически изучены физические ограничения процесса анизотропного реактивно-ионного травления.

Использование апертурного эффекта позволяет реализовать технологию 3D профиля  кремниевых структур при формировании элементов наноэлектроники и наномеханики, специализированных дифракционных решеток оптического и рентгеновского диапазона, фотонных и фононных кристаллов с наноразмерными элементами.

Автаева С.Н., Барышев Ю.П., Валиев К.А., Исаев К.Ш., Никифоров И.Е., Орликовский А.А., Оторбаев Д.К., Соколов А.Б. Исследование низкотемпературной плазмы CF₃Br и процесса глубокого анизотропного травления кремния в диодном реакторе. Труды ФТИАН, ред. К.А.Валиев, т.6, М. Наука, 1993, с.3-16.

AbachevM.K., BaryshevYu.P., LukichevV.F., OrlikovskyA.A.  Aperture effect in plasma etching of deep silicon trenches.Vacuum, 1991, v.42, N1-2, p.129-131.

Yunkin V.A., Lukichev V.F., Orlikovsky F.F., Fisher D., Voges E. Experimental study and computer simulation of aspect ratio dependent effects observed in silicon reactive ion etching. Microelectron.Eng., 1996, v.30, pp.345-348.

Лукичев В.Ф., Орликовский А.А. Предельные возможности плазмохимического травления. Труды ФТИАН., ред. К.А.Валиев, М. Наука, 1996, т.10, с.57-63.

V.F. Lukichev and V.A.Yunkin. Scaling of silicon trench etch rates and profiles in plasma etching. Microelectronic Eng., 46 (1999), p. 315 – 318.

Abachev M.K., BaryshevYu.P., Lukichev V.F., Orlikovsky A.A.  Modeling of deep silicon etching in multicomponent plasma.Vacuum, 1992, vol.43, p.565.