Методика расчета

В данном разделе излагаются и анализируются результаты расчетных и экспериментальных исследований, проведенных авторами ранее в ходе подготовки данного учебного пособия и частично изложенных в работах[51, 58 j.

Стратегия получения оценок кинетических параметров.

Целью расчетных исследований являлись:

• • нахождение скорости травления в любой точке профиля (на боковой стенке или на дне канавки);
• • построение профиля с применением выше описанных методик эволюции профиля с привлечением полученных в экспериментах либо взятых из литературы параметров.

Для того чтобы конечная программа адекватно обсчитывала профили, необходимо точно определить входные параметры: потоки радикалов и ионов (R_e, R_p, Г), коэффициенты прилипания частиц (у_е, у ), количество выбитых частиц одним ионом (Уз„ Уе, Ур>- Определение кинетических параметров проводится решением обратной задачи: путем нахождения входных параметров, зная выходные параметры эксперимента в конкретных типе реактора и газовом составе плазмы: скорость и время травления, глубину канавки, ВЧ-мощность, давление и соотношение между потоками газов. Одним из важнейших этапов моделирования является сравнение и анализ полученных данных. На этом этапе происходит проверка адекватности модели, в результате чего модель может быть исправлена (новый цикл расчетов) или отброшена как неверная. Расчетные исследования завершаются определением конечной оценки достоверности результатов, получаемых с помощью модели.

Рассмотрим методику расчета вышеописанной модели для процесса плазменного травления в реакторе LAM TCP 9400 с применением смеси SF₆—0₂. В табл. 4.2 приведены кинетические параметры, необходимые для расчета профилей. Эти параметры могут быть разделены на три группы: для химического, ионно-стимулированного травления и пассивации боковых стенок. Для уменьшения степени свободы в модели использовалась информация из диагностики плазмы и ранее опубликованных данных. Для примера, зависимость потока атомов фтора от давления была получена методом оптической спектроскопии в сочетании с актинометрией. Общий ионный ток измерялся с помощью планарного зонда. Параметры, которые экспериментально получить сложно или невозможно такие, как поток атомов фтора (/?_F), коэффициент прилипания (y_F), скорость химической реакции (K_Ra_Si), среднее количество атомов кремния, выбиваемое одним ионом <>я). определялись методом сетевых формирований профилей с оценкой при помощи растровой электронной микроскопии (РЭМ). Основная стратегия получения необходимых оценок заключается в создании граничных условий, при которых можно выделить лишь один механизм травления, обмерить профиль и вычислить неизвестные кинетические параметры.

Кремниевые пластины обрабатывались в течение 150 с в потоке SF₆ (80 см³/мин) и ВЧ-мощности 800 Вт. Для того, чтобы за-

Параметры модели

Таблица4.2

фиксировать граничные условия при ионном распылении и химическом травлении Si изменяли давление и напряжение смещения на подложкодержателе. На рис. 4.11 представлены РЭМ- снимки профилей отверстий диаметром 0,35 мкм, протравленных при давлении 5,25 и 75 мТорр без смещения на подложку и со смещением (—120 В). Профили отверстий, полученные при 75 мТорр без смещения, имеют большое сходство с изотропным травлением. В случае полностью изотропного травления поперечное сечение потравленной структуры представляет собой четверть окружности с центром на краю маски. Профиль на рис. 4.11, в (верхняя часть) около маски немного отклоняется от формы четверти окружности. Травление в этой области запаздывает, поэтому профиль скругляется в верхней части. Далее будет показано, что это отклонение от формы четверти окружности содержит информацию о коэффициенте прилипания атомов F.

На рис. 4.11, г—е можно видеть влияние увеличения энергии ионов на вертикальную скорость травления. Профиль, полученный при 5 мТорр со смещением —120 В (рис. 4.11,г), имеет сходство с профилем на рис. 4.11, а, однако его дно расположено глубже, что является следствием ионной бомбардировки. При высоких давлениях и смещении на подложкодержатель профиль выглядит анизотропным. Когда давление увеличивается, поток

Рис. 4.11. РЭМ -снимки поперечного сечения отверстий диаметром 0,35 мкм, протравленных при следующих условиях: время обработки — 150 с, расход SF₆ — 80 см³/мин, ВЧ-мощность — 800 Вт радикалов F, ударяющихся о поверхность, увеличивается, а поток ионов ослабевает. Если учитывать еще и то, что при высоких давлениях у ионов возрастает вероятность столкновений с нейтральными частицами, в результате которых они теряют свою энергию, то логично ожидать большую изотропность профилей при высоких давлениях. Вопреки этому в реальности наблюдается меньший подтрав под маску при высоких давлениях и явное преобладание вертикальной скорости травления (рис. 4.11, д и е). Причины, обуславливающие такое расхождение становятся очевидными только при систематическом изучении, объединяющем эксперименты и моделирование профилей, и будут обсуждены далее.

Параметры химического травления /?_F, y_F и K_Ra_Sl были определены подгонкой к профилю, полученного при граничных условиях для ионно-лимитированного травления: высокое давление (75 мТорр) без приложенного смещения (рис. 4.11, в). В этих условиях ионно-стимулированное травление незначительно по сравнению с химическим травлением. Для выбранного профиля было смоделировано боковое травление под маску и закругление сверху путем изменения параметров химического травления. Затем, для предсказания профилей при 5 и 25 мТорр (рис. 4.11, а и 4.11, б) был промасштабирован поток радикалов фтора с давлением в соответствии с данными актинометрии. Остальные параметры моделирования оставались постоянными.

Количество ионов, выбиваемое одним атомом Пн было определено путем согласования моделируемого профиля с профилем, полученным при условиях, когда в ход процесса основную роль вносит ионно-стимулированное травление (низкое давление со смещением —120 В на подложкодержате- ле (рис. 4.11, г)). В этих условиях ионно-стимулированное травление играет такую же важную роль, как и химическое при давлении 75 мТорр. Путем изменения параметра K_Si был смоделирован профиль, формируемый при давлении 5 мТорр и смещении —120 В, при этом основные параметры химического травления оставались неизменными. Далее были предсказаны профили при повышенных давлениях (рис. 4.11, г) и е), при этом получаемые отклонения от моделируемых профилей использовались для изучения механизмов формирования различных анизотропных профилей.