ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
В производстве современных СБИС уровня технологии hp < 45 нм в качестве межслойного диэлектрика используются материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (k) (low-k материалы). В настоящее время это кремнийорганические нанопористые материалы с k < 3.0. Для перехода к технологии производства СБИС с топологическим размером менее 10 нм необходимо использовать в качестве межслойного диэлектрика материалы с k < 2.5 (ultra low-k, ULK материалы). Их интеграции в технологический цикл в занчительной мере препятствует существенная деградация при плазмохимическом травлении. Деградация возникает вследствие удаления органических гидрофобных составляющих с поверхности нанопор ULK материала под воздействием жесткого (вакуумного) ультрафиолета и радикалов из плазмы, что приводит к адсорбции молекул воды на образовавшихся химически активных поверхностных сайтах и резкому росту диэлектрической постоянной. Значительное повреждение материалов с k < 2.5 вызвано тем, что снижение диэлектрической проницаемости обеспечивается сильным увеличением размера пор и пористости материала, и поэтому связанности пор, что ведет к более глубокому проникновению химически активных радикалов в объем материала. Задачей данного исследования является поиск решения фундаментальной проблемы предотвращения увеличения диэлектрической проницаемости ULK материалов с k < 2.5 при производстве СБИС на этапе плазмохимического травления. Предполагается изучить несколько путей решения данной проблемы. Будет исследовано влияние предобработки ULK материалов с различной структурой химических связей ультрафиолетовым излучением на механические свойства материала и резистивность к плазменной обработке. Также будет исследована возможность запечатывания верхнего слоя пор материала для предотвращения его повреждения при контакте с атмосферой, в частности для материалов с полностью удаленными метильными –CH3 группами и k < 2.0. Наконец, будет исследована возможность бездефектного травления ULK материалов в двухстадийном циклическом процессе осаждения фторсодержащей пленки на поверхности ULK материала при пониженной температуре и ион-стимулированном травлении в плазме аргона
Materials with low dielectric permittivity k (low-k materials) are basis of interconnects in ULSI technology at topological level hp <45 nm. At present this is organosilica nanoporous materials with k < 3.0. For the transfer to ULSI technology with topological size below 10 nm it is necessary to apply low-k materials with k < 2.5 (ultra low0-k, ULK materials). Their integration in the technological circle is significantly limited by the degradation at plasmachemical etching. The degradation arises due to removal of organic hydrophobic groups from a surface of nanopores of ULK material under the exposure to vacuum ultraviolet an radicals from plasma that leads to adsorption of water at formed chemically active sites and the sharp increase of dielectric constant. Significant damage of ULK materials (when k < 2.5) is caused by the increased pores and porosity and therefore pore interconnectivity. It leads to the deeper penetration of active radicals to material bulk. The main task of the given research is a search of fundamental decision of the low-k (k < 2.5) material damage problem during plasmachemical etching in ULSI technology. It is supposed to investigate few ways for solving the problem. At first, the effect of ULK material pretreatment by broadband UV radiation on structural properties and resistivity to plasma treatment will be studied. At second, possibility of sealing of the upper pore layers for preventing the ULK material damage at atmosphere exposure after plasma treatment will be also studied (particularly for ULK materials with fully removed methyl -CH3 groups and k < 2.0). And finally possibility of damage-less etching of ULK materials in two-stage cyclic process of fluorocarbon film deposition on ULK surface at lowered temperature and ion-assisted etching in argon plasma.
Основным ожидаемым результатом данного проекта является разработка и научное обоснование комплексной методики снижения дефектов в ULK материалах при плазмохимическом травлении. Результатом исследования влияния УФ отжига на ULK пленки со встроенными в матрицу различными органическими группами будет выявление и обоснование оптимального химического состава и структуры, а также оптимальной методики УФ предобработки ULK материалов для улучшения механических свойств ULK пленок и их резистивности к плазменной обработке. Повышение резистивности к плазменной обработке подразумевает снижение удаления –CH3 групп из объема материала под воздействием ВУФ излучения плазмы, а также в реакциях с атомами O и F. Результатом исследования свойств ULK материалов при удалении метильных групп с помощью ВУФ излучения и последующем запечатывании пор будет оценка применимости данной методики для предотвращения роста диэлектрической постоянной ULK материала вследствие адсорбции воды из атмосферного воздуха. Предполагается, что данная методика станет альтернативой существующим подходам к защите ULK материалов, так как на данный момент большинство исследований посвящены сохранению химического состава материала в процессе плазменной обработки. В предлагаемом подходе ULK материал сначала сильно модифицируется (со значительным снижением k), а затем защищается путем запечатывания пор (с незначительным ростом k). Результатом исследования травления ULK при пониженных температурах будет оценка применимости данной методики для существенного снижения повреждения боковых стенок ULK структур при плазмохимическом травлении. Предполагается, что при осаждении полимерной пленки на охлажденный ULK материал повреждение за счет удаления метильных групп атомами фтора окажется существенно меньше, чем при травлении во фторуглеродных смесях. Также предполагается, что при бомбардировке ULK материала с осажденной полимерной пленкой ионами аргона травление будет идти в большей степени на дне вытравливаемой структуры. За счет подбора оптимальной энергии ионов аргона для максимальной скорости травления предполагается минимизировать время травления и, как следствие, повреждение материала ВУФ изучением. В ходе проекта будут создана самосогласованная 2D модель индукционного разряда в аргоне и ксеноне и проведено сравнение с экспериментальными данными по двумерным распределениям заряженных частиц, потенциала плазмы, величины потоков ионов на электрод, а также уровню УФ излучения. На основе данной модели будут рассчитанны значения потоков заряженных частиц и радикалов из плазмы Ar/CHF3 в зависимости от параметров разряда.
За последние годы участниками данного проекта была проведена серия экспериментальных и теоретических исследований взаимодействия излучения и активных радикалов из плазмы с разными low-k материалами (в том числе и ULK) в условиях, характерных для травления фоторезиста и для анизотропного травления. Для исследования процессов взаимодействия плазмы с low-k использовались экспериментальные стенды на основе вч разрядов, позволяющие изучать влияние на пленки плазменных радикалов и ВУФ фотонов как по-отдельности, так и совместно. Коллектив активно занимается детальным исследованием различных методов диагностики химически активной плазмы. Данные диагностики позволяют измерять потоки основных радикалов, ионов, ВУФ фотонов и также их спектры на поверхность обрабатываемого материала. Для изучения взаимодействия плазмы с обрабатываемыми материалами коллективом применяется целый ряд диагностик: Фурье – ИК спектроскопия (FTIR), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS), рентгенофлуоресцентный анализ (XRF), сканирующая электронная микроскопия (SEM), вторичная ионная масс-спектрометрия (SIMS), спектроскопия обратного резерфордовского рассеяния (RBS), спектроскопическая эллипсометрия (SE) и in-situ лазерная эллипсометрия, эллипсометрическая поросиметрия. Участники проекта имеют большой опыт выполнения расчетов для периодических и молекулярных систем методом теории функционала плотности, позволяющий выявить вероятные химические реакции и их последовательность. Коллективом было проведено экспериментально-теоретическое исследование воздействия ЭУФ и ВУФ излучения с различной длиной волны на различные low-k пленки. Впервые были получены сечения поглощения ВУФ излучения low-k материалами и квантовый выход удаленных метильных –CH3 групп. Исполнители проекта имеют опыт моделирования плазмохимических процессов в сложных смесях. Было проведено моделирование ВЧЕ разрядов в смесях аргона с молекулами CHF3 и CF4 с учетом нейтральной химии фторуглеводородных молекул.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 3 декабря 2018 г.-3 января 2019 г. | Исследование способов предотвращения деградации материалов с ультранизкой диэлектрической проницаемостью при производстве СБИС на этапе плазмохимического травления |
Результаты этапа: | ||
2 | 3 января 2019 г.-3 января 2020 г. | Исследование способов предотвращения деградации материалов с ультранизкой диэлектрической проницаемостью при производстве СБИС на этапе плазмохимического травления |
Результаты этапа: | ||
3 | 3 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Исследование способов предотвращения деградации материалов с ультранизкой диэлектрической проницаемостью при производстве СБИС на этапе плазмохимического травления |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".