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

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.

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

Оценка дозы D=55*10^-6 К/см²

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:2×10^-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, 0.1 нм
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-13,56 МГц, 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

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.

• 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.

• 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.

Автоматизированный диагностический комплекс:

• автоматизированная оптическая эмиссионная спектрометрия для определения состава плазмы
• автоматизированные измерения плотности плазмы, температуры электронов и равномерности потока ионов с пространственным разрешением

• 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.