ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
В рамках проекта предполагается проведение экспериментальных и теоретических исследований эволюции состава и спектра ионов в двухчастотном газовом разряде в смеси благородных и молекулярных газов (Ar/H2) при различных парциальных давлениях смеси, давлении газа, вч мощности, напряжении смещения и вч частоте на электроде. Особое внимание уделяется неочевидному соотношению между концентрациями ионов ArH+ и H3+ при небольших добавках H2 и низких давлениях газа. В силу существенной разницы в массе ионов H3+ и ArH+ эффект их воздействия на обрабатываемый материал на электроде может сильно различаться. Поэтому вопрос о скоростях ионно-молекулярных реакций в такой плазме и механизмах ионно-молекулярных реакций в приэлектродных слоях в зависимости от параметров разряда остается открытым и требует изучения. Прежде всего, будет продолжено исследование взаимодействие различных ионов в смеси с нанопористыми диэлектриками, структура которых обуславливает новые, еще не изученные эффекты распыления. Для интерпретации полученных экспериментальных результатов и выявления детальных механизмов распыления нанопористых материалов ионами низкой энергии планируется выполнить компьютерное моделирование процессов распыления пористых гомо- и гетерогенных материалов на примере Si и SiO2. Предполагается исследовать распыление (включая химическое распыление) различными ионами в смеси. Кроме того, будет начато исследование распыления наноразмерных 2-мерных (2D) пленок MoS2 и WS2 низкоэнергичными ионами аргона и водорода. Рассматриваемые материалы являются новыми перспективными материалами за «барьером» кремниевой технологии микроэлектроники <12 нм и взаимодействие плазмы с ними практически не изучено. Кроме того, при взаимодействии плазмы с новыми пористыми и 2D материалами важно определить роль ВУФ излучения плазмы в модификации материалов. Степень воздействия ВУФ излучения зависит как от интенсивности, так и от длины волны, т.е. от спектра фотонов. Поэтому помимо ионов важной фундаментальной задачей в данном проекте является изучение модификации спектров излучения вч плазмы в ВУФ области в зависимости от параметров плазмы и парциального состава смеси Ar/H2.
Within this project complex experimental and theoretical study of the plasma interaction with the latest materials of electronics industry, including quasi-2D materials is proposed for the first time. Modern approaches to experimental and theoretical research on plasma-surface interaction will be applied in this study. This is exactly the basis that keeps the topicality of the Project proposed for prolongation. Research on the processes forming ion energy spectrum and composition in gas mixtures as well asmethods of its control is supposed to be conducted. Major attention will be paid to formation of the low energy ion spectrum part. Detailed research on new perspective material modification and sputtering (including reactive one) in dual-frequency rf plasma in Ar/H2 mixture is supposed to be carried out. First of all, the study on the interaction of different ions in the mixture with nanoporous dielectrics, whose structure determines new, yet unstudied sputtering effects, will be continued. Besides, the research on sputtering of nanoscale quasi-2D MoS2 and WS2 films by low-energy argon and hydrogen ions will be started. Considered materials are new and perspective ones behind silicon technology “barrier” of < 12 nm for photodetector and light emitter creation and plasma interaction with these materials is almost unstudied. Obtained results will allow developing a fundamental basis for technological use of plasma treatment methods for these materials. Experimental and theoretical study on the ion composition and spectra evolution as well as spectra evolution in the VUV range in dual-frequency gas discharge in a mixture of noble and molecular gases (Ar/H2) under different mixture partial pressures, gas pressures, rf power, rf bias voltage and frequency on the electrode is supposed to be carried out.
- Будут получены состав и энергетические спектры ионов на поверхности исследуемого материала, а также спектр ВУФ излучения в двухчастотном вч разряде в смесях Ar и H2 в зависимости от параметров разряда и парциального состава смеси. - Будет разработана модель движения ионов в плазменном вч слое и предслое для многокомпонентной плазмы. - На основе полученных данных будут протестированы ион-молекулярные реакции и разработаны быстрые полуаналитические модели расчета спектров ионов в смеси Ar/H2. - Будут измерены коэффициенты распыления нанопористых low-k диэлетрических материалов в широком диапазоне энергий ионов.
Задачи, поставленные в данном Проекте, являются естественным продолжением исследований, выполненных в рамках Проекта 2014 года, направленных на исследование свойств многочастотной ВЧ плазмы сложного состава на элементарные процессы на поверхности, в ходе выполнения которого коллектив авторов создал экспериментальную и теоретическую базу (специализированные стенды и модели плазмы и поверхности) для детального исследования взаимодействия плазмы с наноразмерными материалами. Впервые были получены данные о распылении ионами малых энергий нанопористых low-k диэлектриков, используемых в качестве межслойного диэлектрики в технологии микроэлектроники СБИС уровня <14 - 22 нм.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 2 мая 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Исследование свойств многочастотной ВЧ плазмы сложного состава, включая потоки и энергетический спектр ионов и фотонов, и их влияние на элементарные процессы на поверхности |
Результаты этапа: Экспериментально исследованы энергетические спектры и состав ионов в плазме, образованной в асимметричном вч двухчастотном емкостном разряде в смеси Ar/H2(30%), в зависимости от следующих разрядных условий – давления газа, амплитуды и частоты приложенного вч-смещения. Энергетические спектры были измерены с помощью сеточного анализатора с задерживающим потенциалом (RFEA) при двух значениях давления – 20 и 100 мТорр, при частотах вч-смещения – 2, 4 и 12 МГц и амплитудах вч-смещения – 0, 30, 60 и 120 В. Были подтверждены основные тенденции изменения энергетических спектров в зависимости от указанных параметров разряда: - с увеличением давления на спектрах проявляется эффект увеличения числа соударений; - с увеличением частоты вч-смещения ширина спектра уменьшается; - с увеличением амплитуды вч-смещения ширина спектра увеличивается. Состав ионов был измерен с помощью квадрупольного масс-спектрометра, подсоединённого через диагностическое окно в стенке камеры. Так же была произведена оценка состава ионов из сложной структуры энергетических спектров ионов, измеренных на вч-нагруженном электроде. Было обнаружено различие между результатами указанных методов. Причина данного различия может заключаться в том, измерение состава масс-спектрометром производилось на стенке камеры, где слой гораздо тоньше, чем у вч-нагруженного электрода, что значительно влияет на определение ионного состава. Разработана быстрая полуаналитическая модель расчета энергетических спектров ионов в смеси Ar/H2, которая включает в себя модель движения ионов в плазменном вч слое с экспериментально измеренным напряжением на слое, экспериментальное определение плотности плазмы по ионному току на электрод и глобальную модель для определения ионного состава. Получены расчетные энергетические спектры и данные по ионному составу в двухчастотном разряде Ar/H2(30%), с высокой частотой 81 МГц, низкой частотой 2 МГц, 4 МГц и 12 МГц, при давлении нейтрального газа 20 и 100 мТор и напряжении на низкой частоте 0, 30, 60, 120 В. Сравнение расчетных и экспериментальных энергетических спектров ионов на электроде показало качественное согласие данных, за исключением наличия ионов воды в экспериментальной установке. Было проведено исследование воздействия ионов на нанопористые диэлектрические low-k материалы для технологии СБИС < 12 нм. Показана нелинейность процесса распыления low-k материалов вследствие удаления метильных групп с поверхности пор в процессе распыления ВУФ фотонами газового разряда. Измерены зависимости коэффициентов распыления low-kматериалов от энергии ионов. Показано, что коэффициенты распыления low-kматериалов превышают коэффициенты распыления сплошного SiO2 в 2…4 раза при высокой энергии ионов и в 10…20 раз при низкой энергии ионов, что можно объяснить отличающимися характеристиками диссипации энергии иона в пористом материале по сравнению со сплошным. Было проведено экспериментальное исследование распыления кремния и твердого (непористого) SiO2 ионами при низких энергиях до 15 эВ. В случае SiO2 было показано сильное отличие коэффициентов распыления в плазме по сравнению с опубликованными данными по коэффициентам распыления в ионных пучках. Показана некорректность применения ионных пучков для изучения распыления материалов при отсутствии компенсации заряда на поверхности диэлектриков. Разработана 3D Монте Карло квантово-механическая модель распыления, успешно работающая с пористым веществом. Полученные значения коэффициентов распыления кремния аргоном хорошо соответствуют имеющимися экспериментам и результатам расчета, полученным с помощью TRIM и программ молекулярной динамики. Показано, что 3D программа работает на порядок быстрее одномерной TRIM и выдает результаты промежуточной точности между TRIM и МД. Межатомные потенциалы Ar-Mo и Ar-S были рассчитаны на основе многоконфигурационного метода Хартри-Фока (CAS-SCF) с базисом AV6Z для пары Ar-S и AVTZ-DK для Ar-Mo с помощью пакета MOLPRO-2015. Рассчитаны квантово-механические дифференциальные и интегральные сечения упругого рассеяния для атомных пар Ar-Mo, Ar-S, S-S, Mo-Mo и Mo-S. Результаты DFT-моделирования взаимодействия фтора и хлора с монослоем MoS2 показали, что атомы галогенов могут адсорбироваться на бездефектной поверхности монослоя. Однако образующиеся S–F и S–Cl связи слабее Mo–S связей. Монослой с дефектами (вакансиями за счет удаления серы) взаимодействует с атомами и молекулами галогенов значительно интенсивнее: например, на таких вакансиях наблюдалась диссоциация молекул F2 и Cl2. Для осуществления атомно-слоевого травления квазидвумерного MoS2 с помощью молекулярного хлора необходимо обеспечить контролируемое образование вакансий под действием ионов. Расчеты также продемонстрировали принципиальную возможность селективного атомно-слоевого травления кремния по отношению к MoS2. | ||
2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Исследование свойств многочастотной ВЧ плазмы сложного состава, включая потоки и энергетический спектр ионов и фотонов, и их влияние на элементарные процессы на поверхности |
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".