ИСТИНА

Понимание физических и химических механизмов травления пленок с низкой диэлектрической константой (НДК) «горячими» атомами крайне необходимо для разработки эффективных методов травления нано-структур с высоким аспектным соотношением с погрешностью в один атомный слой. Такие методы востребованы в современных технологиях по созданию межслойных соединений больших современных интегральных схем. Главная цель проекта - исследовать теоретически возможность травления тренчей с высоким аспектным соотношением в материалах с НДК высокоэнергетичными (10-200 эВ) атомами фтора. Предполагается, что будут исследованы поэтапно распыление и химическое травление НДК материалов. Физическая модель будет основана на квантово-механическом описании парных столкновений «горячих» атомов и реализована на основе метода Монте Карло на трехмерных картах диэлектрика. Метод функционала плотности будет использован для описания химического травления низкоэнергетичными, меньшими 10 эВ, атомами фтора. План работ включает: 1) Исследование физических и химических механизмов взаимодействия нейтрального фтора с материалами с НДК . Будут рассчитаны ab initio парные потенциалы фтор-кремний, -кислород, -углерод и - водород , соответствующие сечения упругого рассеяния, которые затем будут применены для описания распыления на трехмерных картах диэлектрика. (2) Использование метода функционала плотности для описания распыления и химического травления материла с НДК для одного угла падения и одной энергии атомов фтора для создания эталонных расчетов. (3) Использование метода Монте Карло для моделирования высокоточного травления тренчей с большим аспектным соотношением для произвольных энергий и углов падения атомов фтора на поверхность диэлектрика.

Будет разработана физическая модель травления кварца и пористого SiOCH типа диэлектрика нейтральными атомами фтора с энергиями ниже 200 эВ, типичными для установок плазменного травления. Оценен совместный коэффициент физического распыления и химического травления. Получены скорости травления тренча в данных материалах, получена трехмерная форма тренча.

Долгое время (2010-2016) мы занимались изучением ущерба, который наносит UV излучение и электрическая зарядка наноструктур процессу травления диэлектрика в плазме. В конечном итоге стало ясно, что при переходе к 10 нм технологии травить нужно только нейтральными атомами, которые можно получить в двухкамерных установках, чтобы не разрушать пленку. В первой плазма, во второй - подложка, а между ними - нейтрализатор. В Японии уже больше 10 лет используют экспериментально данный подход, но вместо атомов используют молекулы хлора. Нами было замечено, что эти молекулы можно эффективно заменить атомарным фтором, но окажется ли метод оптимальным для травления глубоких тренчей сейчас неясно. Для проведения оценки длительности, скорости и точности травления (отклонения от вертикали тренча, аккуратное снятия атомных слоев) необходима трехмерная модель Монте Карло, работающая для энергий атомов 10-200 эВ, которая была в 2015-2016 годах разработана нами для атомов аргона. Включение реактивного рассеяния позволит использовать ее и для фтора. Заметим, что обычно в этом диапазоне энергий используют молекулярную динамику, медлительность которой до сих пор не позволяет использовать ее эффективно для проведения оптимизации процесса травления сложных аморфных протяженных структур с наноразмерными порами.

Разработана и программно реализована модель взаимодействия пучков нейтрального фтора с энергиями 2-200 эВ с пористыми пленками диоксида кремния, органосиликатных стекол и их аналогов, усиленных этиленовыми мостиками. Модель основана на учете механизмов физического распыления и химического травления вещества атомарным фтором. Для описания распыления использовалась квантово-механическая модель бинарных столкновений, а для учета химических реакций фтора с Si, C и H был применен метод функционала плотности. Разработанный программный пакет позволяет в трехмерной геометрии оптимизировать травление отверстий и каналов с высоким аспектным соотношением в пористых пленках в зависимости от энергии, угла отклонения от нормали и дозы атомов фтора.