ИСТИНА

В настоящее время современная микротехнология стремится к топологическому размеру 10 нм и ниже. Кроме того стоят проблемы введения в технологию новых материалов - многокомпонентных, вплоть до 2-мерных. Причем все этапы технологических процессов массового производства СБИС должны быть бездефектными. Речь идет о технологиях «атомарного» уровня. Это ставит вопрос как выяснения механизмов, приводящих к дефектам материалов, так и создания новых плазменных технологий, включая разработку новых методов организации плазменных реакторов. В эксперименте образцы пленок low-k подвергались воздействию атомов кислорода и водорода в дальнем послесвечении ВЧ разряда (13.56 МГц, 80-90 Вт для O2, 150-160 Вт для H2) в кварцевой трубке (внутренний диаметр 14мм) при давлении 10 Тор и скорости протока газа 5.7 м/с. Расстояние от конца плазменного факела до образца ~35 см. Low-k образец располагался в «лодочке» с подвижной крышкой. При включенном разряде крышка сдвигалась, и образец обрабатывался атомами кислорода или водорода в течение времени экспозиции (от 6 до 50 с). Для измерения плотности атомов применялся метод актинометрии по атомам аргона, поэтому использовались газовые смеси (90% O2 + 10% Ar) и (90% H2 + 10%Ar). Для этого измерялось отношение интенсивностей спектральных линий излучения атомов кислорода (777 нм) или водорода (656 нм) и аргона (750 нм), которые возбуждались в послесвечении 13.56 МГц разряда дополнительным маломощным вч разрядом (40 МГц). С помощью XRF и FTIR измерялись относительные концентрации атомов и ИК-активных химических связей в объеме образца, а также статистическая грубость поверхности с помощью AFM, до и после обработки low-k образцов потоком атомов кислорода или водорода. В качестве примера на рис.1 показано относительное изменение концентрации атомов кислорода и углерода в объеме образца с толщиной low-k пленки 200 нм в зависимости от времени обработки атомами кислорода, измеренное с помощью XRF. В экспериментах с образцами с толщиной low-k пленки 500 нм относительное изменение концентраций атомов оказалось примерно в 2 раза меньше, что говорит об удалении атомов углерода по всему объему образца, а не только с поверхности, что в свою очередь свидетельствует о наличии переходов между порами в low-k образце, по которым атомы могут диффундировать по всему объему low-k пленки. Измерения изменений после обработки атомами О или Н относительных концентраций ИК-активных связей с помощью метода FTIR спектроскопии поглощения также показали значительное уменьшение количества связей C-H и Si-CH3 и других углеродсодержащих связей, что говорит об удалении углерода из объема low-k образца атомами кислорода или водорода с образованием летучих продуктов (CO, CO2, CH4, CH2O и т.д.). Вследствие этого происходит модификация поверхности пор с образованием активных сайтов адсорбции, так что после обработки образца атомами кислорода или водорода в порах адсорбируются молекулы воды, что подтвердили FTIR измерения. Некоторое увеличение концентрации атомов кислорода (рис.1) происходит также за счет модификации O-Si-O структуры образца с перестройкой линейных O-Si-O связей (где атомы Si связаны с CH3), образующих стенки пор в образце в более плотную замкнутую структуру O-Si-O (где часть СН3 радикалов замещается на атомы О). Указанные выше модификации low-k пленки приводят к увеличению ее диэлектрической проницаемости, напряжений и ухудшению температурной стабильности. Было показано, что модификация low-k пленки атомами кислорода и водорода носит схожий характер, однако степень модификации образца атомами кислорода значительно выше при одинаковом времени экспозиции. Это исследование было проведено в рамках международного проекта KaPPA International Associated Laboratory (LIA) (the LABEX Plas@par project ANR-11-IDEX-0004-02). Эта работа также была поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (РФФИ), гранты номер 16-52-16024 и 18-32-00932\19.