автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Исследование и оптимизация процесса реактивно-ионного травления углублений в кремнии для формирования мелкощелевой изоляции

На правах рукописи

Данилкин Евгений Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РЕАКТИВНО - ИОННОГО ТРАВЛЕНИЯ УГЛУБЛЕНИЙ В КРЕМНИИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МЕЛКОЩЕЛЕВОЙ

ИЗОЛЯЦИИ

Специальность 05 27 06 - технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ооз

Москва 2008

003168226

Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техники и Межуниверситетском Центре Микроэлектроники (Interumversity Microelectronics

Centre (IMEC))

Научные руководители

доктор химических наук МР Бакланов

кандидат технических наук, профессор А И Мочалов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В Ф Лукичев

доктор химических наук, профессор АМ Ефремов

Ведущая организация

Защита состоится «

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ)

Об

2008 г в

/ИЗ

на заседании

диссертационного совета Д 212134 03 при Московском государственном институте электронной техники по адресу. 124498, Москва, г Зеленоград, проезд 4806, д 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного

института электронной техники Автореферат разослан М» OCf

Соискатель

Ученый секретарь Диссертационного советгЩ ijjl д ф-м н, профессор

2008г

ЕВ Данилкин

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертационной работы

Начиная с конца 1970-х плазмохимическое и реактивно- ионное травление получило широкое распространение в технологии интегральных схем (ИС) Это, в первую очередь, связано с тем, что плазменное травление обладает высокой анизотропией и происходит при достаточно низких температурах В настоящее время, с развитием нанотехнологии, плазмохимическое травление является практически единственным инструментом для перенесения рисунка ИС в маскирующем слое в материал подложки

Важным этапом формирования ИС является изготовление изоляции элементов в кремниевой подложке С момента, как полупроводниковая промышленность достигла критического размера 0 25 мкм для изоляции элементов применяется технология мелкощелевой изоляции (shallow trench isolation (STI)) С каждым годом полупроводниковая промышленность продолжает уменьшать критические размеры интегральных схем и требования к изоляции элементов становятся все более строгими Например, важными параметрами вытравлимаемых канавок для мелкощелевой изоляции являются такие, как скругление дна и верхних углов канавки, боковые гладкие стенки с углом наклона 75°-85° и высокая однородность этих параметров по пластине Одним из факторов, определяющих заданные требования, является воспроизводимость процесса от пластины к пластине, играющая существенную роль в процессе травления Изменение в состоянии стенок реактора и их влияние на химический состав плазмы было определено как одна из наиболее важных причин изменения параметров процесса, таких как изменение в скорости травления, в профиле f структуры, в селективности к маске или однородности по пластине Было! показано, что изменение в состоянии стенок реактора после каждой пластины, происходит из-за осаждения продуктов реакции на внутренние части камеры, что приводит к потерям (или образованию) активных частиц в плазме Хотя, в " настоящее время данная проблема сведена к минимуму путем использования ъ очистки камеры после травления каждой пластины (wafer-less auto clean (WAC)) во, фтор- и кислородсодержащей плазме, некоторые вопросы все еще остаются непонятыми до конца и процессы нуждаются в дополнительной оптимизации

При переходе на пластины большего диаметра многие проблемы, особенно связанные с однородностью, приобретают качественно новый аспект Некоторые' эффекты, которые не проявляются на пластинах меньшего размера, становятся критичными на пластинах диаметром 300 мм Например, при травлении STJ структур в плазме Cl2/02/N2 в реакторе высоко плотной плазмы TCP 2300 Versys Kiyo фирмы LAM Research при определенных условиях травления, наблюдалось полное прекращение травления кремния в центре пластины При этом параметры процесса (ВЧ-мощность, давление, потоки газов и тд) были постоянными для каждой пластины Реактор 2300 Versys Kiyo на момент выполнения работы являлся последней разработкой из серии 2300 Versys Kiyo Он предназначен для -

травления кремния, поликремния, нитридов, силицидов и металлов с критическими размерами менее 90 нм

При фомировании STI структуры в процессе с использованием смеси CI2/O2/N2 концентрация кислорода должна быть близка к критической, чтобы обеспечить эффективную защиту боковых стенок формируемого углубления пленкой оксида кремния от подтравливания Однако небольшое увеличение концентрации активных радикалов кислорода может привезти к полному прекращению травления

Изменение критических условий сильно зависит от размеров пластины из-за изменения профиля обеднения активных компонентов плазмы в результате расхода на реакцию травления и осложнения диффузионных процессов Также известно, что изменение отношения площади поверхности к объему играет важную роль в гетерогенных химических реакциях свободных радикалов, изменяя химический состав газовой фазы (плазмы) Поэтому настоящая работа ориентирована на исследование и оптимизацию процессов травления канавок для мелкощелевой изоляции в кремнии на пластинах диаметром 300 мм Согласно решению правительства Российской Федерации переход на технологии с высокой степенью интеграции на пластинах диаметром 300 мм является стратегическим направлением отечественной микроэлектроники Микрон (Sitronics) является первой отечественной компанией, осваивающей технологию на пластинах диаметром 300 мм с минимальными размерами меньше 100 нм На основании согашения между IMECom (Interuniversity Microelectronics Centre) и Микроном, существенная часть экспериментальной работы была выполнена в IMEC

Цели и задачи работы

Настоящая работа посвящена детальному изучению механизма прекращения травления в центре пластины диаметром 300 мм при травлении канавок в Si для мелкощелевой изоляции и оптимизации процесса формирования канавки При этом решался весь комплекс связанных с этой проблемой следующих задач

1 Анализ причин, приводящих к дестабилизации процесса травления канавок в Si, и выявление вклада различных факторов в изменение условий травления, определяющих, в конечном итоге, профиль структуры, однородность травления по пластине, а также воспроизводимость процесса от пластины к пластине

2 Установление взаимосвязи между процессами, поисходящими в обьеме и на поверхности пластины, с параметрами процесса травления, такими как, состав газовой смеси, давление, ВЧ-мощность, потенциал смещения на пластине и температура пластины

3 Исследование эффекта образования прекращения травления в центре пластины, определение условий образования пассивирующего слоя и его химического состава Исследование образования этого эффекта при различных давлениях, ВЧ-мощностях, потоках газов и температуры пластины

4 Разработка оптимальных условий процесса травления канавок в Si для мелкощелевой изоляции размером менее 0,18 мкм на пластинах диаметром 300 мм, обепечивающих требуемый профиль канавки, однородность травления по пластине и воспроизводимость от пластины к пластины

Научная навизна

1 Установлено, что нагрев кварцевого окна верхнего электрода играет существенную роль в полном прекращении травления Si при травлении канавок на пластинах диаметром 300 мм в газовой смеси CI2/O2/N2 Выявлена роль реакций, протекающих на поверхности и в обьеме плазмы в дестабилизации условий процесса травления

2 Установлено, что прекращение травления происходит из-за увеличения концентрации атомарного кислорода О*, несмотря на одновременное увеличение атомарного хлора С1* Изменение концентрации радикалов связано с температурной зависимостью вероятности рекомбинации радикалов кислорода и хлора на поверхности кварца

3 Исследовано влияние температуры кварцевого окна верхнего электрода на образование пассивирующего слоя SiOxCly на поверхности пластины при различных потоках 02, давлениях, ВЧ-мощностях и температурах подложки Показано, что механизм образования пассивирующего слоя SiOxCly в смеси CI2/O2/N2 имеет подобие с механизмом взаимодействия кремния Si с кислородом О в плазме кислорода 02 в так называемых "критических условиях"

4 Изучены закономерности формирования профиля травления канавки в Si, однородности травления по пластине и воспроизводимости процесса от пластины к пластине при целенаправленном изменении параметров травления, таких как, состав газовой среды, давление, ВЧ-мощность, потенциал смещения на пластине и температура платины

Практическая значимость

1 Проведенные исследования влияния кварцевого окна верхнего электрода TCP реактора высокоплотной плазмы выявили недостатки конструкции камеры при травлении структур для мелкощелевой изоляции на 300 мм пластинах и позволили решить проблему, связанную с неоднородностью травления кремния

2 Установлены практические рекомендации по стабилизации температуры кварцевого окна верхнего электрода реактора высокоплотной плазмы, как одной из оновных причин, дестабилизирующих процесс травления кремния

3 Разработан базовый процесс с оптимальными^параметрами, позволяющий исключить влияние температуры кварцевого окна верхнего электрода TCP реактора высокоплотной плазмы

Основные положения, выносимые на защиту

1 Основной причиной изменения состава плазмы при травлении канавок в кремнии для формирования мелкощелевой изоляции и как следствие образования прекращения травления в центре пластины является рекомбинация атомов на поверхности кварца в реакторе высокоплотной плазмы

2 Размер области прекращения травления в травящей плазме C]2/02/N2 увеличивается при увеличении температуры кварцевого окна, потока 02 и давления, уменьшается при увеличении температуры подложки и не меняется с изменением ВЧ-мощности

3 Увеличение концентрации радикалов кислорода О* в плазме при увеличении температуры кварцевого окна является основной причиной образования защитного слоя на поверхности кремния, несмотря на одновременное увеличение концентрации радикалов хлора С1* Формирование слоя оксида кремния в хлор-кислородной смеси имеет аналогию с так называемыми процессами "критического окисления" кремния кислородом при высоких температурах

4 Изменение вероятности рекомбинации атомов О* и С1* на поверхности кварцевого окна в зависимости от темепратуры поверхности является доминирующим фактором флуктуации компонентного состава плазмы

5 Оптимальные условия процесса анизотропного травления канавок для мелкощелевой изоляции в ИС, позволяющих добиться воспроизводимости процесса от пластины к пластине.

Апробация работы.

Материалы диссертации были представлены на следующих научных конференциях

■ Электроника и информатика - 2005 (Зеленоград 2005),

■ Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники ПЭМ'06 (Геленджик, 2006),

■ International Workshop "Plasma Etch and Strp m Microelectronics" (Leuven, Belgium, 2007),

■ Электроника - 2007 (Зеленоград 2007),

■ The International Conference "Micro- and Nanoelectronics" (Zvemgorod, 2007)

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в пяти журнальных статьях, а также пяти тезисах конференций Список публикаций приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из предисловия, шести глав, заключения, приложения и списка литературы Основное содержание диссертации изложено на 165 страницах и содержит 90 рисунков и 8 таблиц

Краткое содержание работы

Диссертация начинается предисловием, в котором обоснована актуальность работы, сформулированы цель, научная новизна и практическая значимость.

Глава 1 (введение) является литературным обзором, в котором дается краткое описание применения щелевых структур в изготовлении ИС: для формирования изоляции элементов и для формирования затвора силовых ДМОП-транзисторов. Также, изложена технология изготовления мелкощелевой изоляции, описаны основные сложности процессов и рассмотрены преимущества и недостатки перед технологией локального окисления кремния (LOCOS). Определены требования для профилей формируемых канавок в кремнии Si. На основе выставленных требований проведен анализ процессов травления, пригодных для формирования канавок в кремнии Si для изготовления ИС.

В конце главы изложена проблема, возникающая при травлении структур для мелко щелевой изоляции транзисторов в смеси Cl2/02/N2. Данный процесс травления был предоставлен поставщиком оборудования фирмой LAM Research, как базовый. Как оказалось этот процесс имеет недостатки и не пригоден к использованию в массовом производстве. Было обнаружено, что при травлении лота из 25 пластин, после 9-й пластины наблюдалось изменение топологических размеров, а после 14-й полное прекращение травления (пятно) в центре пластины (Рис. 1(a)). Причем размер пятна увеличивался с номером пластины. На краю пятна поверхность пластины имеет повышенную шероховатость, такой эффект известен как "черный кремний" (Рис. 1(6)). ______________

Рис. 1 Рем снимок области (а) в центре пятна (полное прекращение травления) и (б) на краю пятна (зона повышенной шероховатости).

Во время процесса травления все параметры были постоянными (такие как давление, ВЧ-мощность, потоки газов и другие), исключая температуру кварцевого окна верхнего электрода (ТКО), она постепенно увеличивалась с номером пластины от 47° С до более чем 110°С.

На основе изложенной проблемы были сформулированы основные цели диссертационной работы.

Глава 2 посвящена определению источника возникновения прекращения травления в центре пластины и анализу возможных механизмов приводящих к его появлению на основе литературных данных Было проанализировано четыре возможных механизма этого явления

1) изменение коэффициента рекомбинации атомов кислорода на поверхности кварцевого окна с изменением температуры Исследуемый диапазон температур (47-110°С) попадает в область механизма рекомбинации Ленгмюр-Хиншелвуда, который описывается реакцией между хемосорбированным атомом в активном центре на поверхности и физсорбированным атомом, достигающим этого активного центра с помощью диффузии Этот механизм объясняет уменьшение скорости рекомбинации с увеличением температуры в диапазоне температур, близком к нашим условиям Как результат, концентрация радикалов кислорода О* в плазме увеличивается,

2) распыление кварцевого окна ионами хлора, которое может приводить к освобождению атомов кислорода О и молекул SiClx в реактор, увеличивая концентрации радикалов кислорода О* и молекул SiClx в плазме Увеличение концентраций радикалов кислорода О* и молекул SiClx способствует преимущественному образованию пассивирующего слоя на поверхности пластины,

3) загрязнение поверхности керамического покрытия боковых стенок реактора в процессе травления кремния В результате на поверхности образуется слой SiOxCly, что может привести к изменению коэффициента рекомбинации атомов кислорода на поверхности и как следствие изменение исходного соотношения радикалов С1* и О*,

4) нагрев нейтральных атомов и молекул при соударении их с нагретой поверхностью кварцевого окна Нагретые нейтральные атомы могут переносить тепло от верхнего кварцевого окна на поверхность пластины и изменять кинетику поверхностных реакций

Любой из этих факторов может играть существенную роль. Современные реакторы достаточно хорошо оптимизированы, чтобы свести к минимуму эти эффекты Однако увеличение размеров пластин меняет вклад определенных факторов, которые на пластинах меньшего диаметра не играли столь существенной роли Изменение размера пластин значительно влияет не только на газодинамические характеристики системы, но также на вероятности рекомбинации радикалов через изменение отношения объема камеры к площади пластины Поэтому был проведен ряд экспериментов, позволяющих исключить или минимизировать вклад отдельных факторов

В главе 3 рассмотрена установка LAM 2300 и реактор высокоплотной плазмы LAM Versys Kiyo 2300, в котором проводились эксперименты Рассмотрены использованные в работе ^методики для измерения концентрации частиц в плазме CI2/O2/N2 и для определения толщины слоев поли-Si, Si02 и Si3N4, а также методика определения состава блокирующего слоя, образуемого в центре пластины Рассмотрена методика измерения температуры на подложке с использованием сенсорной пластины

Реактор (Рис 2) представляет собой цилиндрическую камеру с внутренним диаметром 450 мм из анодированного алюминия покрытого слоем керамики и высотой 340 мм Сверху камеры находится цилиндрическая съемная крышка из анодированного алюминия, тоже покрытого слоем керамики, такого же диаметра и высотой 90 мм Температура стенок камеры поддерживается постоянной и равна 60° С, чтобы уменьшить осаждение полимера С верху крышки находится кварцевое окно диаметром 500 мм и толщиной 40 мм Оно непосредственно касается стенок камеры Датчик, показывающий температуру кварцевого окна, находится в центре кварцевого окна Плазма возбуждается подачей ВЧ-мощности на антенну, лежащую на кварцевом окне, от генератора мощностью 1500 Вт и рабочей частотой 13 56 МГц

50 см

о

CN

Антенна

ппп_пп.п, .ппп_ппп,

Оптический

эмиссионный

детектор

Кварцевое „ 1

окно Ввод газа через

душевое отверстие

Керамическое

покрытие

Пластина

1-2см

Рис. 2 Схема ректора Versys Kiyo 2300 фирмы LAM Research.

В качестве подложкодержателя используется электростатический прижим диаметром 320 мм из анодированного алюминия, охлаждаемый гелием Гелий вводится под пластину с постоянным давлением 8 Topp Пластина находится примерно в 200 мм от кварцевого окна Газы в реактор вводятся из душевого отверстия в центре кварцевого окна Для достижения вакуума используется турбомолекулярный насос с максимальной скоростью откачки 2200-2300 л/сек, позволяющий создать минимальное давление 3 мТорр Максимальное давление в камере, которое может зафиксировать барометр 100 мТорр Для управления энергией ионов на подложкодержатель подается ВЧ-мощность от другого генератора, идентичного генератору на верхнем электроде (1500 Вт и 13 56 МГц) Реактор снабжен оптическим эмиссионным детектором Спектры записываются на высоте 10-20 мм от пластины в диапазоне от 200 нм до 900 нм

Для регистрации частиц в плазме использовалась оптическая эмиссионная спектроскопия, объединенная с актинометрией Газом актинометром был выбран

аргон Интенсивности линии атомарного кислорода О (777 нм), полосы молекулярного хлора С12 (255 нм) и линии атомарного хлора С1 (837 нм) сравнивались с линией аргона Аг (750 нм), а полоса молекулярного азота N2 (336 нм) и линия атомарного азота N (746 нм) с линией аргона Аг (811 нм) Спектральные полосы для молекулярного кислорода 02 в записываемом диапазоне излучения (200-900 нм) не наблюдались

Для исследования спектров излучения травящей плазмы CI2/O2/N2 (100/13/15 см"3/мин) были использованы кремниевые Si пластины диаметром 300 мм, покрытые слоем Si02 600 нм Слой Si02 практически не имеет химического взаимодействия с радикалами хлора С1* и кислорода О*. Для того, чтобы исключить физическое взаимодействие - распыление Si02 ионной бомбардировкой, смещение на подложку не подавалось Так как плазма Cl2/02/N2 не является информативной, из-за малого содержания кислорода 02 и азота N2 по отношению к хлору СЬ, спектры записывались в плазме составов С12/Аг (100/10 см3/мин), 02/Аг (100/10 см3/мин), N2/Ar (90/10 см3/мин), С12/02/Аг (50/50/10 см3/мин) и СУОг/Ыг/Аг (100/13/15/10 см3/мин) в одном рецепте по 15 секунд для каждой плазмы при разных ТКО в диапазоне от 47°С до 110°С с интервалом 10°С Повторно пластины не использовались, для исключения возможности влияния частиц с поверхности пластины, оставшихся с предыдущего эксперимента Спектры записывались каждый раз в одинаковых условиях, за исключением ТКО

Чтобы характеризовать эффект прекращения травления, была измерена скорость травления поликремния на пластинах Si-poly (200hm)/Si02(60hm)/Si Размер пятна в середине пластины использовался, как показатель этого явления Скорость травления поликремния измерялась при разных потоках кислорода 02, давлениях, ВЧ-мощностях и разных температурах подложки. Поток хлора С12 100 см3/мин был постоянным для всех случаев Поток азота N2 менялся при изменении потока кислорода 02, чтобы держать постоянным суммарный поток азот-кислородной смеси 02+N2 28 см3/мин Для всех этих экспериментов использовался референсный рецепт 100 см3/мин С12, 13 см3/мин 02, 15 см3/мин N2, W=1000 Вт, Р=40 мТорр, VCM=-500B, TW=60°C Измерения проводились для семи разных температур кварцевого окна в диапазоне от 47°С до 110°С

Для измерения скорости травления двуокиси кремния использовались пластины со слоем Si02 (600 нм) на Si При травлении Si02 слоя использовался также референсный рецепт травления STI структур Процесс проводился при разных давлениях и ВЧ-мощностях Для определения толщины слоя оксида кремния, формируемого при травлении STI структуры, использовались чистые кремниевые пластины Эксперимент проводился со смещением на подложку и без него Состав слоя осажденного оксида исследовался времяпролетной масс-спектрометрией вторичных ионов (TOFSIMS)

Температура поверхности пластины измерялась в процессе (in situ) с помощью сенсорной пластины PlasmaTemp™ от американской фирмы К-Т promesys (KLA Tencor)

Толщина Si-poly и Si02 была измерена на эллипсометре KLA Tencor SCD100 и SENTECH-801

Для оптимизации процесса использовались пластины с топологией для формирования канавок для мелкощелевой изоляции с минимальным размером 018 мкм Структура для травления была следующей, кремниевая подложка / слой поднитридного окисла (8 нм) /слой Si3N4 (100 нм) / антиотражающее покрытие (АОП) (70 нм) / фоторезист (200 нм)

В главе 4 проводится анализ результатов по определению концентрации частиц в плазме смеси Cl2/02/N2 и их обсуждение Относительные концентрации частиц в плазме были измерены оптической эмиссионной спектроскопией, объединенной с актинометрией Спектры были записаны в плазме смесей С12/Аг, 02/Аг, N2/Ar, С12/02/Аг и Cl2/02/N2/Ar при различных давлениях и ВЧ-мощностях в диапазоне температур кварцевого окна от 47°С до 110°С В диапазоне давлений, который был использован, гетерогенная рекомбинация является доминирующим механизмом и, таким образом, должна наблюдаться зависимость от ТКО.

Эмиссионные спектры записывались с использованием чистых пластин со слоем Si02 Смещение на пластину не подавалось, чтобы минимизировать распыление слоя Si02 ионной бомбардировкой Пластины со слоем Si02 не полностью воспроизводят условия травления STI структур, как это делают чистые кремниевые пластины. Но, тем не менее, чистые кремниевые пластины не использовались для записи спектров Во-первых, радикалы хлора С1* и кислорода О*, взаимодействуя с поверхностью кремния Si, потребляются на травление и окисление кремния Si, соответственно В этом случае сложно отнести изменение концентрации частиц в плазме к изменению ТКО Во-вторых, в плазму выделяются летучие продукты реакции в виде молекулы SiCl4, что создает дополнительные шумы при записи спектров и сильно мешает точно определить пики интенсивности В случае наличия слоя Si02 на пластине, концентрация радикалов зависит только от скорости их образования (ВЧ-мощность, давление) и потребления (рекомбинация), и четко отслеживается зависимость от ТКО

На Рис 3 показаны оптические эмиссионные спектры, записанные в плазме смеси 02/Аг при разных ТКО При увеличении пиков становится ясным, что интенсивность линии кислорода 777 нм увеличивается с ТКО. Интенсивность линии аргона 750 нм при этом остается постоянной, показывая, что никаких изменений в параметрах плазмы, влияющих на интенсивность эмиссии (температура электронов и поток ионов на поверхность камеры постоянны)

1600

ь ч и ю г № СО г (4 и а Я М п А Я М

^чгюююююсоюфкг^-гх^еоеососоес)

Длина волны (нм)

Рис. 3 Спектры, записанные в 02 плазме в зависимости от ТКО.

100 см3/мин 02,40 мТорр, 1000 Ватт.

Однако было замечено, что концентрации атомарного С1* и молекулярного С12, тоже увеличиваются (Рис 4), в то время как концентрации атомарного К* и молекулярного N2, остаются постоянными Концентрации радикалов кислорода О* и хлора С1* увеличиваются более чем на 20%, при увеличении ТКО с 47°С до 110°С При уменьшении давления и увеличении ВЧ-мощности наблюдается рост концентрации атомарных О*, С1* и Ы* Известно, что при уменьшении давления и увеличении ВЧ-мощности увеличивается средняя энергия и плотность электронов, чтобы поддерживать ионизацию, вызванную электронным ударом В результате этого увеличивается диссоциация молекул и возрастает количество атомов в плазме.

Рис. 4 Зависимость интенсивности эмиссий кислорода, хлора и азота в плазмах смесей 02/Аг, С12/Аг и 1Ч2/Аг от ТКО (Р=40 мТорр, \У=1000 Вт).

По результатам выполненных экспериментов был проведен анализ влияния каждого из рассмотренных механизмов на наблюдаемое увеличение интенсивностей эмиссии атомов кислорода и хлора Согласно проведенному анализу влияние стенок камеры было исключено из рассмотрения и все изменения в интенсивностях эмиссий атомарного кислорода и хлора были отнесены только к влиянию кварцевого окна, тк 1) после каждой обработанной пластины проводится процесс "ЭДАС (процесс очистки камеры после травления каждой пластины), позволяющий обрабатывать пластины в одинаковых условиях, 2) запись спектров производилась при разных ТКО на новых пластинах, исключая попадание дополнительных радикалов С1* и О*, оставшихся с предыдущего процесса, 3) время записи спектров в каждой плазме 15 секунд, за это время поверхность камеры загрязняется не значительно

На основе проведенных исследований спектров также был исключен из рассмотрения механизм распыления кварцевого окна под действием ионов хлора Если следовать этому механизму, то увеличение концентрации радикалов О* должно происходить в хлор содержащих плазмах В нашем случае наблюдалось увеличение концентрации радикалов О* как в плазме смеси 02/Аг, так и в плазме смеси С12/02/Аг К тому же происходит увеличение концентраций молекулярного хлора С12 и атомарного хлора С1* Исходя из этого механизма, концентрация атомарного хлора С1* должна уменьшаться, расходуясь на образование 81С1Х Можно предположить, что механизм распыления кварцевого окна играет роль в изменении состава плазмы, но это далеко не основной механизм

Было также показано, что температура подложки остается постоянной независимо от ТКО Это позволило также исключить из рассмотрения механизм теплопроводности плазмы и сконцентрировать внимание на механизме рекомбинации атомов на поверхности КО

Глава 5 посвящена детальному изучению механизма образования пятна на поверхности пластины в процессе травления БТ1 структур Поскольку в работе используется смесь, содержащая кислород, то можно предположить, что на

поверхности кремния Si образуется слой оксида, приводящий к прекращению травления Поэтому, в начале главы изложен механизм окисления кремния Si и факторы, определяющие рост пленки оксида, основываясь на литературных данных

Рассмотрены результаты и проведено обсуждение экспериментов, выполненных для изучения явления прекращения травления в центре пластины Для этого была измерена скорость травления Si-poly при разных потоках кислорода 02, давлениях, ВЧ-мощностях и температурах подложки Размер пятна в середине пластины использовался, как показатель этого явления Результаты показаны на Рис 5

200

67 87 107

Температура кварцевого окна(С)

300

| 250

га 200

| 150

| 100 СП _

£ 50

о

(б)

"♦■40 МТорр -т-Ю мТорр

47

67

Температуре

87 107

кварцевого окна (С)

200

г

s 150

га

X

о: с 100

а.

г 50

га Q-

У * 1300 Вт

¥ -е-1000 Вт

-*-700 Вт

47 67 87 107

(в) Температура кварцевого окна (С)

(Г)

-*-Tw=50 degC -»~Tw=60 degC -»-Tw=70 degC

67 87 107

Температура кварцевого окна (С)

Рис. 5 Зависимость ширины пятна от ТКО при различных: а) потоках 02, б) давлениях, в) ВЧ-мощностях и г) температурах пластины. Исходный рецепт (символ ■): 100 см3/мин С12,13 см3/мин 02,15 см3/мин N2, Р=40 мТорр, \У=1000 Вт, Т„=60°С.

Было замечено, что увеличение газового потока кислорода 02 приводит к появлению пятна в центре пластины при ТКО 50°С (Рис 5(а)) Подобный эффект был обнаружен и тогда, когда в процессе травления ТКО достигала 100°С Значение температур КО регистрировалось в процессе травления датчиком температуры, установленным в центре КО, а концентрация радикалов О* регистрировалась по эмиссионным спектрам по методике указанной выше Было установлено, что при всех исследуемых значениях потока 02 (12, 13 и 14 см3/мин) концентрация радикалов кислорода О* при увеличении ТКО также возрастает

Как видно из Рис 5, во всех случаях с увеличением ТКО ширина пятна в центре пластины увеличивается При потоке Ог 12 см3/мин пятно появляется при ТКО 60°С и с увеличением потока кислорода Ог продолжает увеличивается (Рис 5(a)) Если обратить внимание на конструкцию реактора, то можно заметить, что кварцевое окно соприкасается с боковыми стенками реактора, температура которых держится постоянной и равна 60°С Можно предположить, что кварцевое окно на краях имеет температуру около 60°С. Следовательно, на кварцевом окне образуется градиент температуры, который приводит к образованию градиента концентрации радикалов кислорода О* в плазме согласно механизму рекомбинации атомов на поверхности Поэтому пятно образуется в центре пластины Увеличение давления также приводит к увеличению пятна (Рис 5(6)) При давлении 20 мТорр прекращения травления не наблюдалось, что лишний раз доказывает, что процесс травления STI структур находится на границе между процессами травления и пассивацией При давлении 20 мТорр образуются условия, когда травление преобладает над окислением поверхности При 40 и 60 мТорр, соответственно, наоборот Известно, что при уменьшении давления, энергия ионов увеличивается из-за уменьшения частоты столкновений на пути к пластине Это приводит к увеличению скорости распыления пассивирующего оксида Поэтому при давлении 20 мТорр оксид не успевал образовываться и в результате, пятна на пластине не наблюдалось При изменении ВЧ-мощности размер пятна практически не меняется и также увеличивается с увеличением ТКО (Рис 5(b)) Можно ^предположить, что изменение плотности частиц в плазме с изменением ВЧ-мощности не изменяет баланс между травлением и окислением поверхности кремния Это объясняется тем, что энергия ионов не меняется с увеличением ВЧ-мощности, а увеличивается только их количество Поэтому скорость распыления оксида практически не меняется, т к она в первую очередь зависит от энергии ионов С увеличением температуры подложки наблюдается уменьшение ширины пятна (Рис 5(г)) Это объясняется тем, что скорость травления оксида кремния увеличивается с температурой подложки

В главе 4 было показано, что концентрации радикалов кислорода О* и хлора С1* увеличиваются более чем на 20% при увеличении ТКО с 50°С до 100°С, а концентрация радикалов азота N* не меняется Согласно такому поведению частиц, было проведено моделирование условий плазмы для травления STI структур при ТКО 100° С и потоках газов С12 100 см3/мин, 02 12 см3/мин и N2 16 см3/мин (начальные условия) (Рис 5 (а)) Увеличив потоки кислорода 02 и хлора С12 на 20% (оставив отношение Cl/O таким же), скорость травления Si-poly была измерена при ТКО 50°С Размер образовавшегося пятна в центре пластины составил 96 мм, что соответствует размеру пятна при ТКО 100°С для начальных условий Причем пятна при ТКО 50° С в начальных условиях не наблюдалось Следовательно, прекращение травления происходит только из-за увеличения концентрации радикалов кислорода О* в плазме, несмотря на увеличение концентрации радикалов хлора С1*

Проведен анализ поверхности в области прекращения травления в центре пластины Обнаружено, что в области пятна поверхность Si покрыта довольно

толстой (26 нм) пленкой оксида кремния, в то время как поверхность Si на краю пластины покрыта тонким слоем (1-2 нм) оксида (Рис 6) Размер пятна увеличивается при увеличении ТКО, причем толщина оксида в центре практически не изменяется Островки не вытравленного по краям оксида говорят о высокой шероховатости поверхности на краю пятна, что также было подтверждено с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) Без смещения на пластине образуется равномерный слой оксида толщиной 5 нм

s

ГО

4 s о

О IS X

5

3 С о

- Естественный оксид -Тко=50С (BIAS) -Tko=100C(BIAS) ~Тко=50С (NO BIAS) ~Тко=100С (NO BIAS)

.¿N -rib лf? ^ ^

<D rp & sh

/А A nb <э tfr ¿Ъ A

op op >4° fP ^ ' ol4 У

Положение на пластине (мм)

Рис. 6 Толщина оксида на пластине, образованного после обработки в Cl2/02/N2 плазме в течении 1 минуты (100 см3/мин С12,13 см3/мин 02 и 15 см3/мин N2) при ТКО 50°С и 100°С с напряжением смещения (bias) на подложке -500 В и без смещения (no bias) (Р=40 мТорр, W=1000 Вт, TW=60°C).

Если приложить смещение, то скорость роста оксида значительно увеличивается, т е энергия ионов хлора вносит существенный вклад в увеличение скорости роста оксида Измерение толщины Si02, образуемого в 02 плазме со смещением на пластине и без, показало, что со смещением образуется слой толщиной 7 5 нм, а без смещения толщиной 3 нм Таким образом, ионы хлора действительно способствуют увеличению толщины оксида кремния Если приложить смещение, то равновесная толщина оксида увеличивается примерно в 5 раз Ионы хлора С1+ имеют массу в 2 раза больше чем ионы кислорода 0+ Это позволяет им глубже проникать в поверхность, разрыхляя ее, что облегчает взаимодействие радикалов О* с кремнием Si Ионы СГ при этом застревают в оксиде, насыщая его Поэтому TOFSIMS результаты показали, что на поверхности пластины образуется слой Si02 с содержанием хлора (SiOxCly) Увеличение скорости роста оксида в присутствии хлора также наблюдается в термических процессах окисления, хотя механизм не полностью изучен

Явление образования слоя SiOxCly в центре пластины при травлении STI структур в Cl2/02/N2 плазме демонстрирует сходство взаимодействия Si с О* в так называемых критических условиях В критических условиях даже небольшое

отклонение концентрации радикалов кислорода О*, давления или температуры может сдвинуть процесс окисления кремния от области формирования нелетучего Si02 к формированию летучего SiO (область травления) Было показано, что формирование защитного Si02 слоя при постоянной температуре становится возможным, если концентрация кислорода достаточна для формирования критических кластеров Латеральный рост этих кластеров формирует стабильный Si02 слой Механизм образования критических кластеров имеет не тривиальный характер Однако в первом приближении он связан с увеличением вероятности адсорбции радикалов кислорода О* на смежных атомах поверхности

В нашем случае, увеличение ТКО без изменения отношения атомарных концентраций С1*/0* вероятнее всего делает концентрацию радикалов О* достаточной для формирования критических кластеров Можно ожидать, что степень заполнения поверхности Si радикалами О* и С1* увеличивается (тк отношение С1*/0* постоянное в газовой плазме) Однако, существенно меньшая летучесть SiOx, по сравнению с SiClx, увеличивает степень заполнения поверхности кремния радикалами О* и создает условия, необходимые для формирования критических кластеров Si02 Это и является причиной, почему область прекращения травления формируется в центре пластины, когда концентрация радикалов О* в плазме увеличивается, согласно механизму рекомбинации атомов Как факт, градиент температуры на кварцевом окне способствует увеличению градиента концентрации радикалов в газовой фазе и малое увеличение концентрации радикалов О* в центре камеры обеспечивает формирование пятна Высокая летучесть SiClx, по сравнению с SiO, является причиной, почему сдвиг от области травления к области формирования защитного слоя происходит при значительно меньших температурах, чем в случае критического окисления в плазме кислорода 02.

С увеличением концентрации радикалов кислорода О* боковая скорость роста кластеров Si02 увеличивается и наступает момент, когда травление поверхности полностью подавлено путем формирования защитного слоя SiOxCly Пики, наблюдаемые на краю пятна в центре пластины, свидетельствуют о том, что в данном месте процессы окисления и травления поверхности протекают одновременно без преобладания того или иного процесса Ближе к краю пластины остановки травления не наблюдается, а наоборот скорость травления увеличивается с увеличением ТКО Этот обратный эффект объясняется увеличением потока радикалов С1* на края пластины из-за отсутствия возможности прореагировать в центре

На Рис 7 показаны результаты измерений температуры пластины в Не плазме в процессе нагрева кварцевого окна с 50°С до ЮО'С в течение 30 минут с использованием сенсорной пластины PlasmaTemp Чтобы минимизировать удаление защитного полимера на поверхности сенсорной пластины использовалась Не плазма, т к эта плазма не агрессивна по сравнению с плазмой для травления STI структур Температура поверхности пластины остается постоянной на протяжении всего времени процесса и не зависит от ТКО Чтобы более детально рассмотреть влияние ТКО на температуру пластины, на Рис 8

показана температура в центре пластины, месте, где происходит прекращение травления, записанная в С12Ю2/Ы2 плазме Скачок температуры перед стабилизацией, вероятнее всего, связан с задержкой отклика системы охлаждения подложкодержателя Точная воспроизводимость температурных характеристик, записанных при ТКО 50°С и 110°С в С12/02/М2 плазме, показывает независимость температуры пластины от ТКО Таким образом, перенос тепла от КО в наших условиях не создает градиента температуры на пластине, который может способствовать образованию прекращения травления в центре пластины Это позволило исключить из рассмотрения механизм теплопереноса плазмы

50°С 100°С

>•50

« # # ,)? # # А? # # & # #

Время (сек)

Рис. 7 Температура пластины во время нагрева кварцевого окна с 50°С до

100°С.

_ 66

$¿64 ©

<5 60

68 -

ш 56 54

11 16 21 26 31 36 41 Время процесса (сек)

Рис. 8 Температура в центре пластины, записанная в течении стандартного процесса травления STI структур при 50°С и 100°С.

Глава 6 является заключительной, в которой на основе анализа проведенных исследований проводится оптимизация процесса травления структур для щелевой изоляции

Одной из основных целей данной главы было определение роли азота в смеси CI2/02/N2 Было показано, что азот не является пассиватором в исследуемой смеси, а способствует увеличению концентрации радикалов О* путем следующих реакций N2+02^N2+20*, N+02->N0+0*, N0+N-^N2+0* На Рис 9 показаны профили травления при обработке пластины с топологией для STI структур в плазме смеси С12/02 (100/15 см3/мин) без содержания азота N2 На Рис 9(а)

показаны профили узкой и широкой канавки. Отсутствие азота приводит к неравномерному травлению по глубине. Узкие канавки имеют глубину меньше на 9 нм, чем широкие. Это происходит из-за уменьшения угла канавки, приводящее к сужению дна. Вторым недостатком является появление заметной шероховатости поверхности (Рис. 9(6)), что приведет к появлению нежелательных напряжений в осаждаемом слое 8Ю2 при заполнении канавки.

Рис. 9 РЭМ снимки: (а) профиль узкой и широкой канавки, заметна разница в глубине канавок; (б) вид сверху на узкую и широкую канавку, наблюдается шероховатость поверхности. Параметры процесса: поток С12100 см3/мин, 02 15 см3/мин, Р= 40 мТорр, \¥=1000 Вт, Усм= -500 В, Т„=60°С.

В реактивном ионно-плазменном травлении 81 добавка азота приводит к увеличению скорости травления и более гладким стенкам канавки. Поэтому без азота зависимость от аспектного отношения появляется раньше и наблюдается разная скорость травления в узких и широких канавках. Механизм увеличения скорости травления можно объяснить следующим образом. Добавление азота в плазму приводит к образованию большого количества N0 и атомарного О. На поверхности Б1 образуется реакционный слой, состоящий из атомов 85, С1 и О. N0 поступает на поверхность и разрушает связи 81-0. В результате взаимодействия образуется Ы02. Удаленный атом О создает пустое место, которое впоследствии может быть атаковано атомом С1 с вероятностью, большей, чем переокисление, что значительно увеличивает скорость травления. Этот механизм также приводит к сглаживанию поверхности. Без добавки азота в плазму наблюдается шероховатость поверхности. Она образуется из-за микромасок 8Ю2 на поверхности 81.

Таким образом, добавка Ы2 в исследуемой смеси для травления ЭТ1 структур играет очень важную роль. Азот способствует увеличению концентрации атомарного О* в плазме, что приводит к однородному фавлению узких и широких канавок и уменьшает шероховатость поверхности, снижая этим вероятность появления нежелательных напряжений в 8Ю2 во время заполнения канавки.

Важным параметром оптимизации процесса травления является повышение селективности к нитридной маске Для определения селективности скорость травления слоя Бь^ в плазме С12/02/М2 была измерена при разных потоках 02 и N2 (Рис 10)

30

К

?5

? s

ш | 20

15

О г: 10

s

и

о J

(а)

11 seem 02 13 seem 02 15 seem 02 Поток 02

(б)

О seem N2 15 seem N2 30 seem N2 Поток N2

Рис. 10 Скорость травления 8УЧ4 при разных потоках 02 (11,13 и 15 см /мин) и N2 (0,15 и 30 см3/мин). Р=40 мТорр, \У=1000 Вт, Усм=-500 В, Т„=60°С.

Результаты показали, что скорость травления слоя 813Ы4 уменьшается с увеличением потока кислорода 02, следовательно, селективность к 813Ы4 будет увеличиваться (Рис 10(а)). С одной стороны это хорошо, т к после БТ1 травления будет оставаться больше нитридной маски, которая далее будет использоваться как стоп-слой для ХМП процесса С другой стороны, нельзя увеличивать поток кислорода 02 из-за увеличения вероятности возникновения прекращения травления в центре пластины с увеличением ТКО При увеличением потока азота Ы2 скорость травления остается практически постоянной (Рис 10(6)). Так как концентрация атомарного О* с увеличением потока азота N2 увеличивается, при уменьшении потока азота N2 селективность к нитридной маске не изменится, а вероятность образования пятна будет снижена В этом случае возникает риск увеличения шероховатости поверхностей канавки

Также в работе была проанализирована попытка замены азота на аргон при травлении БТ1 структур Было показано, что Аг способствует поддержанию стабильной высокой концентрации радикалов О* в плазме, как и азот При замене N2 на Аг наблюдалось отличие в поверхности образуемого пятна в центре пластины С азотом образуется промежуточная область перехода от травления до окисления поверхности (повышенная шероховатость), а с Аг этой области не наблюдается, происходит резкий переход из области травления в область окисления, те наличие Аг не приводит к рельефу поверхности С увеличением потока Аг скорость травления Б^Т^Ц также как в случае И2 остается практически постоянной Таким образом, полученные результаты показывают, что Аг вполне успешно можно использовать вместо N2 в-плазме смеси С12/02

Целью оптимизации процесса травления канавок в кремнии для мелкощелевой изоляции являлось исключение образования прекращения травления в центре пластины с увеличением ТКО, т е полное исключение влияния кварцевого окна на профиль травления и однородность по пластине По результатам проведенных исследований были проанализированы влияние

давления, смещения на подложке, ВЧ-мощности, температуры пластины и потоков газов кислорода 02 и азота И2 по отдельности на профиль травления

1) Увеличение давления приводит к увеличению плотности частиц в плазме Энергия ионов при этом уменьшается, что снижает скорость распыления нитридной маски Увеличение концентрации радикалов О* увеличивает скорость образования критических кластеров на поверхности кремния $1, которые играют роль микромасок Из-за снижения бомбардировки ионами хлора эти микромаски не удаляются должным образом. В результате образуется повышенная шероховатость поверхности дна широкой канавки В узких канавках происходит сужение дна из-за его окисления активными радикалами О* и не достаточной ионной бомбардировки для полноценного удаления этого оксида С уменьшением давления, также как и с увеличением потенциала смещения на подложке, энергия ионов увеличивается Следовательно, селективность к маске будет снижаться из-за значительного увеличения скорости распыления 813Ы4 Скорость травления будет не сильно увеличиваться, тк с уменьшением давления проникающая способность радикалов О* на дно канавки увеличивается, что способствует увеличению скорости окисления

2) Увеличение ВЧ-мощности способствует увеличению плотности электронов, ионов и радикалов в плазме Наши результаты показали, что размер пятна в центре пластины практически не изменяется с изменением ВЧ-мощности в диапазоне от 700 Вт до 1300 Вт, т е соотношение между скоростями травления и окисления поверхности не меняется Поэтому разумно предположить, что существенного изменения в селективности к маске и в профиле канавки при изменении ВЧ-мощности в исследуемом диапазоне мощностей не будет.

3) Увеличение температуры пластины приводит к увеличению скорости травления оксида, те снижению пассивации боковых стен и вертикальному профилю

4) Изменение потоков 02 и N2 играет также важную роль в достижении заданной селективности к нитридной маске и к формированию профиля канавки С увеличением потока 02 усиливается пассивация поверхностей канавки и снижается скорость травления кремния, но, как показано на Рис 10, скорость травления 81зЙ4 также снижается, что благоприятно влияет на дальнейшее использование остаточного нитрида в качестве стоп-слоя для ХМП процесса Увеличение потока азота N2 способствует образованию гладких поверхностей канавки и также снижает потребление Однако увеличение потока азота И2 также приводит к увеличению концентрации радикалов О* в плазме, что усиливает пассивацию и может привести к образованию полного прекращения травления кремния Уменьшение потока кислорода 02, приводит к образованию бочкообразного профиля канавки, из-за недостаточной пассивации боковых стенок канавки, но исключает появления остановки травления кремния

Таким образом проанализировав влияние различных параметров процесса на профиль канавки было установлено, что единственным вариантом для оптимизации процесса было изменение потоков газов кислорода 02 и азота N2, так как другие параметры не позволяют сделать этого Согласно проведенному

анализу было предложено снизить поток кислорода 02 до 10 см3/мин (первоначально в базовом процессе было 14 см3/мин), чтобы предотвратить превышение критической концентрации радикалов О* при увеличении ТКО, но при этом снижается селективность к нитридной маске из-за увеличения потребления ЭЩ,. Чтобы компенсировать эту потерю, поток азота Ы2 был увеличен до 18 см3/мин (первоначально в базовом процессе было 14 см3/мин), т.к. добавка азота увеличивает концентрацию радикалов О* в плазме. Увеличение потока N2 также способствует улучшению гладкости поверхности канавки. Остальные параметры процесса были оставлены прежними: С12 100 см3/мин Р=40 мТорр, ^^=1000 Вт, УСМ=-500В, ТИ=60°С.

Рис. 11 РЭМ снимки с центра и края пластин обработанных при ТКО 50°С и 100°С: (а) и (б) при 50°С в центре и на краю пластины, соответственно; (в) и

(г) при 100°С в центре и на краю пластины, соответственно. Параметры процесса: С12100 см3/мин, 02 10 см3/мин, N218 см3/мин, Р=40 мТорр, \У=1000

Вт, Уси=-500 В, Т„=60°С.

На Рис 11 показаны профиль узкой канавки и поверхность широкой канавки в центре и на краю пластины полученный в результате проведенной оптимизации На Рис 11 (а) и Рис 11 (в) показаны профили канавок в центре пластины, полученные при ТКО 50°С и 100°С Профиль канавки имеет гладкие поверхности и закругленные нижние углы, наклон боковых стенок 75°-83°, что удовлетворяет требованиям При ТКО 100°С в центре пластины наблюдается увеличение наклона боковых стенок канавки до 75° Это связано с увеличением концентрации радикалов О* Как и при ТКО 50°С, так и при 100°С наблюдается высокая однородность по пластине менее 5% Толщина остаточного нитрида около 90 нм, что полностью удовлетворяет требованиям процесса ХМП

На основании полученных результатов (что подтверждено РЭМ снимками) можно заключить, что в целом процесс обладает высокой воспроизводимостью от пластины к пластине и удовлетворяет всем заданным требованиям Для улучшения воспроизводимости процесса от пластины к пластине, кварцевое окно реактора должно быть оснащено системой термостатирования

В настоящей работе на примере реактора LAM 2300 Versys Kiyo, наиболее широко применяемого реактора, была продемонстрирована оптимизация процесса травления STI структуры Удалось установить, что особенностью этого процесса в данном реакторе является критическая роль нагрева кварцевого окна верхнего электрода во время травления Поскольку это неожиданный и новый взгляд на проблему, было потрачено много усилий, чтобы полностью понять эффект влияния температуры кварцевого окна на изменения условий процесса и справиться с ним. Процесс оптимизации заключался в решении ряда проблем и включал следующие исследования

1) Исключение эффекта загрязнения стенок реактора, тк в процессе травления продукты реакции могут осаждаться на внутренние поверхности камеры и изменять концентрации активных частиц за счет рекомбинации

2) Исключение возможности распыления кварцевого окна, т к оно может распыляться под действием бомбардировки ионами хлора и выделять атомы О в плазму

3) Исследование размеров пятна на поверхности пластины без топологии при изменении потока кислорода 02, давления, ВЧ-мощности и температуры подложкодержателя показало, что пятно увеличивается с потоком кислорода 02 и давлением, не зависит от ВЧ-мощности и уменьшается с увеличением температуры подложкодержателя

4) Исследование эффекта неоднородности температуры пластины с применением сенсорной пластины PlasmaTemp показало, что температура пластины одинаковая на всей площади пластины и не имеет градиента в течение процесса травления Это позволило исключить из рассмотрения механизм теплопроводности плазмы

Следующий этап заключался в переносе нашего понимания на пластины с топологией Специальное внимание было уделено роли азота N2 в смеси Cl2/02/N2

По-видимому, такая процедура оптимизации является стандартной для процесса STI травления в любой новой камере или при изменении размера

пластины Последовательное исключение критических параметров позволяет сузить круг проблем и выявить наиболее критичные, типичные для данного реактора Многие параметры уже частично оптимизированы поставщиком оборудования К ним можно отнести 1) хорошее охлаждение подложкодержателя, исключающее градиент температуры на пластине, 2) боковые поверхности камеры, покрытые слоем керамики, что снижает коэффициент рекомбинации атомов на поверхности, 3) стенки камеры, имеющие постоянную температуру 60°С, что снижает осаждение полимера и делает процесс более контролируемым и 4) высокоточные регуляторы расхода газа и барометр, позволяющие контролировать давление в камере с точностью до 0,1 мТорр Однако, любые нововведения, как в нашем случае, датчик температуры кварцевого окна верхнего электрода, могут поднять новые задачи, которые до этого считались не столь важными

Таким образом, рекомбинация атомов на поверхности кварцевого окна играет важную роль в изменении состава плазмы Высокая концентрация радикалов О* одна из основных причин формирования прекращения травления в центре пластин Как результат, наблюдались критические отклонения процесса травления БТ1 структур В данной работе для определения относительных концентраций частиц в плазме С12/02/М2 был использован метод оптической эмиссионной спектроскопии в объединении с актинометрией. Для более полного понимания механизма реакций происходящих в объеме и на поверхности под влиянием кварцевого окна необходимо использовать и другие методы, такие как масспектроскопия и зонд Ленгмюра

Для достижения воспроизводимого процесса травления необходимо обеспечить реакторы данного типа хорошей системой охлаждения кварцевого окна, позволяющей контролировать ТКО Но данный метод является дорогостоящим и поэтому разумно оснастить реакторы системой обратной связи, позволяющей контролировать концентрацию активных радикалов кислорода О* в плазме путем изменения потоков кислорода 02 и азота N2

В заключении приведены основные выводы по выполненной работе.

1 Проведено исследование влияния температуры кварцевого окна верхнего электрода на состав плазмы С12/02/Н2 методом оптической эммисионной спектроскопии, объединенного с актинометрией

2 Установлено, что рекомбинация атомов на поверхности - основная причина изменения состава плазмы и как следствие появления полного прекращения травления на пластине

3 Обнаружено, что увеличение температуры кварцевого окна приводит к увеличению атомарных концентраций радикалов О* и С1*, при этом концентрация радикалов И* остается постоянной Проанализирован механизм изменения коэффициентов рекомбинации на поверхности кварца

4 Показано, что размер области прекращения травления увеличивается с увеличением температуры кварцевого окна, потока 02 и давления, уменьшается при увеличении температуры подложки и не меняется с ВЧ-мощностью

5 Показано, что главной причиной образования области прекращения травления является увеличение концентрации радикалов О*, несмотря на одновременное увеличение концентрации радикалов С1*

6 Установлено, что механизм образования слоя оксида кремния в травящей плазме С12/02/М2 имеет сходство с островковьш механизмом окисления кремния в плазме 02 в, так называемых, "критических условиях"

7 Разработаны практические рекомендации по устранению зависимости процесса травления канавок в от ТКО На основе этих рекомендаций создан рецепт, позволяющий получить высокую воспроизводимость от пластины к пластины

8 Предложены рекомендации по улучшению конструктивных особенностей реактора

В приложении приведены спектры и графики зависимостей относительных концентраций хлора, кислорода и азота от температуры кварцевого окна, записанные в плазмах С12/02/Аг и С12/0/М2/Аг

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1) Е.В. Данилкин, Изучение процесса глубинного травления кремния в реакторе высокоплотной плазмы // Сборник тезисов докладов XII международной научно-технической конференции "Электроника и информатика - 2005", Зеленоград 19-21 апреля 2005 г, стр 65

2) ОП Гущин, Е.В. Данилкин, А И Мочалов, Травление кремния переменной модуляцией газов 8Рб и С4Р8 // Известия ВУЗов Электроника, №4 (2006) с 8

3) ОП Гущин, Е.В. Данилкин, АЮ Падерин, Методы формирования канавок в технологии изготовления щелевых ДМОП-транзисторов // Нано- и Микросистемная техника, №5 (2007) с 26

4) В А Галперж, Е.В. Данилкин, А И Мочалов, А Ю Падерин, Особенности процесса формирования щелевых ДМОП-транзисторов // Сборник научных трудов "Технологии микроэлектроники, оптоэлектроники и волоконной оптики" под ред Ю Н Коркишко (2006) с 97

5) Е.В. Данилкин, А В Данила, Моделирование процесса травления кремния в плазме 8Р6/НВг/02. // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники ПЭМ'06 Часть 1

6) Е.В. Данилкин, ДГ Шамирян, МР Бакланов, О П Гущин, А И Мочалов, Влияние температуры кварцевого окна верхнего электрода на концентрацию активных частиц в плазме при травлении структур для мелкощелевой изоляции в ИС. // Материалы V Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы

радиоэлектронного приборостроения», 23 - 27 октября 2007г, Москва -М МИРЭА, 2007, часть 4, с. 141

7) Е.В. Данилкин, ДГ Шамирян, MP Бакланов, А И Мочалов, Влияние температуры кварцевого окна на концентрацию газов в плазме при травлении STI труктур // "Электроника - 2007", Зеленоград, 5-7 сентября 2007г, с 5

8) E.V. Danilkm, DShamiryan, MRBaklanov et al, Effect of quartz window temperature on plasma composition during STI etch // "Micro- and nanoelectronics - 2007", October lst-5th, 2007, Zvemgorod, Russia

9) E. V. Damlkin, D Shamiryan, MR Baklanov et al, Influence of quartz window temperature on plasma composition during STI etch // "Plasma Etch Strip in Microelectronics" 1st international workshop, 10-11 September 2007, Leuven, Belgium

10) E.B. Данилкин, ДГ Шамирян, MP Бакланов, О ПГущин, А И Мочалов, Изучение формирования пассивирующего слоя в процессе STI травления в газовой смеси Cl2/02/N2 // Сборник научных трудов "Материалы, процессы, оборудование в нано-, микро- и оптоэлектронике" под ред ЮН Коркишко(2008)с 105.

Подписано в печать

Формат 60x84 1/16 Уч-изд л^Тираж$?экз Заказ*/(? 124498, Москва, г Зеленоград, проезд 4806, д 5, МИЭТ

Предисловие.

Глава 1 (Введение) Роль щелевых структур в изготовлении МОП транзисторов.

1.1 Процесс изготовления мелкощелевой изоляции.

1.1.1 Формирование нитридной маски.

1.1.2 Травление слоев и формирование канавки-.

1.1.3 Верхние углы канавки и окисление поверхности.

1.1.4 Заполнение канавки.

1.1.5 Этап химико-механической полировки.

1.2 ДМОП-транзисторы с щелелевым затвором.

1.3 Методы формирования канавок в кремнии.

1.3.1 Непрерывный процесс травления.

1.3.2 Bosch процесс.

1.3.3 Криогенный процесс.

1.4 Анализ процессов травления Si для пригодности использования в изготовлении ИС.

1.5 Рассмотрение проблемы и постановка задачи.

Глава 2 Анализ объемных и гетерогенных процессов в реакторе высокоплотной плазмы при травлении Si.

2.1 Источник проблемы прекращения травления и определяющие его факторы.

2.1.1 Рекомбинация атомов на поверхности.

2.1.2 Эффект распыления кварцевого окна.

2.1.3 Влияние состояния стенок камеры.

2.1.4 Теплопроводность плазмы.

2.2 Выводы.

Глава 3 Методика экспериментов.

3.1 Описание установки травления.

3.2 Описание экспериментов.

3.2.1 Исследование плазмы CI2/O2/N2.

3.2.2 Исследование эффекта прекращения травления кремния.

3.3 Методика оптимизации процесса травления канавок в Si.

Глава 4 Определение влияния температуры кварцевого окна на концентрацию активных частиц в плазме CI2/O2/N2.

4.1 Результаты и обсуждение.

4.2 2 Влияние стен реактора на концентрацию частиц в плазме.

4.3 Выводы.

Глава 5 Определение условий окисления и образования шероховатости поверхности.

5.1 Механизм низкотемпературного окисления поверхности кремния в плазме О2.

5.1.1 Факторы, влияющие на скорость окисления Si.

5.1.2 Критические условия для роста слоя Si02.

5.2 Результаты и обсуждение.

5.2.1 Зависимость размера пятна от потока 02, давления, ВЧ-мощности и температуры пластины.

5.2.2 Поверхностный анализ области прекращения травления.

5.2.3 Исследование состава пассивирующего слоя в центре пластины

5.2.4 In-situ анализ температуры и ВЧ напряжения на пластине используя сенсорные пластины PlasmaTemp и Plasma Volt.

5.3 Выводы.

Глава 6 Оптимизация процесса травления канавок в Si.

6.1 Результаты и обсуждение.

6.1.1 Роль добавки азота в смесь CI2/O2 при реактивно ионно-плазменном травлении кремния.

6.1.2 Оптимизированный процесс.

6.2 Выводы.

Актуальность темы.

Начиная с конца 1970-х плазмохимическое и реактивно- ионное травление получило широкое распространение в технологии интегральных схем (ИС). Это, в первую очередь, связано с тем, что плазменное травление обладает высокой анизотропией и происходит при достаточно низких температурах. В настоящее время, с развитием нанотехнологии, плазмохимическое травление является практически единственным инструментом для перенесения рисунка ИС в маскирующем слое в материал подложки.

Важным этапом формирования ИС является изготовление изоляции элементов в кремниевой подложке. С момента, как полупроводниковая промышленность достигла критического размера 0.25 мкм для изоляции элементов применяется технология мелкощелевой изоляции (shallow trench isolation (STI)). С каждым годом полупроводниковая промышленность продолжает уменьшать критические размеры интегральных схем и требования к изоляции элементов становятся все более строгими. Например, важными параметрами вытравлимаемых канавок для мелкощелевой изоляции являются такие, как скругление дна и верхних углов канавки, боковые гладкие стенки с углом наклона- 75°-85° и высокая однородность этих параметров по пластине. Одним из факторов, определяющих заданные требования, является воспроизводимость процесса от пластины к пластине, играющая существенную роль в процессе травления. Изменение в состоянии стенок реактора и их влияние на химический состав плазмы было определено как одна из наиболее важных причин изменения параметров процесса, таких как изменение в скорости травления, в профиле структуры, в селективности к маске или однородности по пластине. Было показано, что изменение в состоянии стенок реактора после каждой /пластины происходит из-за осаждения продуктов реакции на внутренние части камеры, что приводит к потерям (или образованию) активных частиц в плазме. Хотя, в настоящее время данная проблема сведена к минимуму путем использования очистки камеры после травления каждой пластины (wafer-less auto clean (WAC)) во фтор- и кислородсодержащей плазме, некоторые вопросы все еще остаются непонятыми до конца и процессы нуждаются в дополнительной оптимизации.

При переходе на пластины большего диаметра многие проблемы, особенно связанные с однородностью, приобретают качественно новый аспект. Некоторые эффекта, которые не проявляются на пластинах меньшего размера, становятся критичными; на пластинах диаметром 300 мм. Например, при травлении STI структур В: плазме GI2/O2/N2 в реакторе высоко плотной- плазмы TCP 2300 Versys Kiyo фирмы LAM: Research при определенных условиях; травления, наблюдалось полное- прекращение травления; кремния; в центре пластины. При этом параметры процесса (ВЧ- мощность, давление, потоки; газов и; т.д.) были постоянными; для каждой пластины. PeaKTop 2300 Versys Kiyo на момент выполнения работы являлся последней разработкой? из серии 2300 Versys Kiyov Он предназначен для травления кремния;. поликремния;, нитридов; силицидов и металлов; с критическими« размерами менее 90 нм.

При; фомировании STI структуры в процессе, с использованием, смеси CI2/O2/N2 концентрация- кислорода должна быть близка- к критической, чтобы. обеспечить эффективную защиту боковых стенок; формируемого- углубления пленкош оксида* кремния от подтравливания: Однако небольшое увеличение концентрации активных радикалов кислорода может привезти к полному прекращению травления.

Изменение критических условий сильно зависит от размеров пластины изгза* изменения профиля обеднения активных компонентов; плазмы в результате расхода на реакцию травления, и осложнения" диффузионных; процессов: Также известно, что изменение отношенияшлощади поверхности к объему играет важную роль в гетерогенных химических реакциях свободных радикалов, изменяя химический состав газовой; фазы (плазмы). Поэтому настоящая; работа ориентирована на исследование и оптимизацию процессов; травления канавок для мелкощелевой; изоляции, в- кремнии-; на пластинах диаметром 300 мм. Согласно решению правительства.Российской Федерации переход на технологии с высокой,степенью; интеграции на пластинах диаметром 300 мм является'; стратегическим; направлением отечественной микроэлектроники. Микрон (Sitronics) является; первой отечественной компанией, осваивающей технологию на пластинах диаметром 300 мм с минимальными размерами меньше 100 нм. На основании согашения между IMECom (Interuniversity Microelectronics Centre) и Микроном, существенная часть экспериментальной работы была выполнена в IMEC.

Цели и задачи работы

Настоящая работа посвящена детальному изучению механизма прекращения, травления в центре пластины диаметром 300 мм при травлении канавок в Si для' мелкощелевой изоляции и оптимизации процесса формирования,канавки. При этом решался весь комплекс связанных с этой проблемой следующих задач:

1. Анализ причин, приводящих к дестабилизации процесса травлеш№ канавок в Si, и* выявление вклада различных факторов в изменение условий' травления, определяющих, в конечном итоге, профиль структуры, однородность травления по пластине, а также воспроизводимость процесса от пластины, к пластине.

2. Установление взаимосвязи между процессами, поисходящими в объеме и на поверхности пластины, с параметрами процесса травления, такими как, состав: газовой' смеси, давление, ВЧ-мощность, потенциал смещения на, пластине и-температура пластины.

3. Исследование эффекта образования- прекращения! травления^ в; центре пластины, определение условий^ образования пассивирующего слоя и его-химического состава. Исследование образования этого эффекта при различных давлениях, ВЧ-мощностях, потоках газов и температуры пластины.

4. Разработка оптимальных условий процесса травления канавок в Sit для< мелкощелевой изоляции размером менее 0,18 мкм на пластинах диаметром 300 мм, обепечивающих требуемый профиль канавки, однородность травления по пластине и воспроизводимость от пластины к пластины.

Научная навизна и достоверность

1. Впервые установлено, что нагрев кварцевого окна верхнего электрода играет существенную роль в полном прекращении- травления Si при травлении, канавок на пластинах диаметром 300 мм в газовой смеси CI2/O2/N2. Выявлена роль реакций, протекающих на поверхности и в объеме плазмы в дестабилизации условий процесса травления.

2. Установлено, что прекращение травления происходит из-за увеличения концентрации атомарного кислорода О*, несмотря на одновременное увеличение атомарного хлора С1*. Изменение концентрации радикалов связано с температурной* зависимостью вероятности рекомбинации радикалов кислорода и хлора на поверхности кварца.

3. Исследовано влияние температуры кварцевого окна верхнего электрода на образование пассивирующего слоя SiOxCly на поверхности пластины при различных потоках 02, давлениях, ВЧ-мощностях и температурах подложки. Показано, что механизм образования) пассивирующего слоя SiOxCly в смеси-GI2/O2/N2 имеет подобие с механизмом взаимодействия кремния Si с кислородом О в плазме кислорода 02 в так называемых "критических условиях".

4. Изучены закономерности формирования профиля травления канавки в Si, однородности травления по пластине и воспроизводимости процесса от пластины к пластине при целенаправленном изменении параметров травления, таких как, состав газовой среды, давление, ВЧ-мощность, потенциал смещения на пластине и температура платины.

Практическая ценность

1. Проведенные исследования'влияния^ кварцевого окна верхнего электрода TCP реактора высокоплотной плазмы выявили недостатки конструкции камеры при травлении структур для мелкощелевой изоляции на 300 мм* пластинах и позволили решить проблему, связанную с неоднородностью травления кремния

2. Установлены практические рекомендации по стабилизации температуры кварцевого окна верхнего электрода реактора высокоплотной плазмы, как одной из оновных причин, дестабилизирующих процесс травления кремния.

3. Разработан базовый процесс с оптимальными параметрами, позволяющий исключить влияние температуры кварцевого окна верхнего электрода TCP реактора высокоплотной плазмы.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из предисловия, 6 глав, заключения, одного приложения- и списка литературы, включающего работы автора. Каждая из глав (исключая Главу 3 - методика экспериментов) сопровождается разделом "Выводы", в котором кратко описываются основные из сформулированных в данной главе положений. Кроме того, в конце диссертации основные из полученных результатов изложены в разделе "Заключение".

Диссертация начинается введением (Глава в котором дается краткое описание применения щелевых структур в изготовлении МОП-транзисторов: для формирования изоляции элементов и для формирования затвора. Также, изложена технология изготовления мелкощелевой изоляции, описаны основные сложности процессов и рассмотрены преимущества и недостатки перед технологией локального окисления кремния (LOCOS). Проводится анализ процессов травление пригодных для формирования канавок в кремнии с заданными характеристиками. Изложена проблема, возникающая при травлении структур для мелкощелевой изоляции транзисторов в ИС. Приведена постановка задачи, в которой определены, основные цели диссертационной работы. .

Во второй главе проводится анализ возможных причин, приводящих к изменению соотношения травящей компоненты к пассивирующей в плазме CI2/O2/N2, что приводит к образованию пассивирующего слоя' на поверхности пластины. Было рассмотрено, четыре возможных механизма, объясняющих изменение соотношения концентрации радикалов в плазме в процессе травления и появление прекращения травления: 1) изменение коэффициента рекомбинации атомов на поверхности кварцевого окна, с изменением температуры, 2) распыление кварцевого окна ионной бомбардировкой, что приводит к освобождению атомов О в плазму, 3) загрязнение поверхности боковых стенок камеры, т.е. изменение коэффициента рекомбинации атомов на поверхности и 4) нагрев нейтральных атомов и молекул при соударении их с нагретой поверхностью кварцевого окна, что может приводить к образованию градиента температуры на поверхности пластины, т.е. изменение кинетики поверхностных реакций.

В третьей главе диссертации подробно рассмотрен реактор высокоплотной плазмы LAM 2300 Versys Kiyo, в котором проводились все эксперименты, и< платформа LAM 2300, на которой он установлен. Изложена методика проведения экспериментов. Подробно описаны- методики, применяемые в данной работе: оптическая эмиссионная спектроскопия, объединенная с актинометрией, используемая для определения относительных концентраций частиц в плазме, и эллипсометрия, используемая для определения толщины слоя.

Четвертая глава посвящена изучению травящей плазмы Cl2/02/N2. Проводится анализ оптических эмиссионных спектров, записанных в 02/Аг, С12/Аг,

М2/Аг, С12/02/Аг и С12/02/Н2/Аг плазмах. Показано, что увеличение температуры кварцевого окна с 47°С до 110°С приводит не только к увеличению концентрации радикалов О*, но также к увеличению концентраций радикалов С1* и электронно-возбужденных молекул С12 в плазме более чем на 20%, концентрация радикалов И* при этом не изменяется. По результатам проведенных экспериментов делается заключение, что при увеличении температуры кварцевого окна механизм загрязнения боковых поверхностей реактора и механизм распыления кварцевого окна играют не основную роль в увеличении концентрации радикалов О* в плазме при травлении канавок в 81 для мелкощелевой изоляции и исключаются из рассмотрения.

Пятая глава посвящена детальному изучению механизма образования пятна на поверхности пластины во время травления 81. Рассмотрен механизм окисления поверхности 81 и факторы, влияющие на скорость окисления. Проанализированы результаты экспериментов, позволяющих определить условия и состав формируемого слоя оксида кремния в центре пластины, препятствующего травлению. Исследованы зависимости размера области прекращения травления от температуры кварцевого окна при разных потоках 02, давлениях, ВЧ-мощностях и температурах пластины. Результаты экспериментов, проведенных с использованием сенсорных пластин Р1азшаТетр и РЫэтаУоИ: фирмы КХА Тепсог показывают, что температура кварцевого окна не влияет на температуру подложки во время процесса, а градиент концентрации частиц в плазме присутствует изначально. Данные эксперименты позволили исключить из рассмотрения механизм теплопроводности плазмы, доказывая, что только изменение коэффициента рекомбинации атомов на кварцевом окне приводит к изменению состава плазмы. Показано, что механизм образования оксида в центре пластины имеет сходство с взаимодействием 81 с радикалами О* в так называемых "критических условиях".

Глава шесть посвящена оптимизации процесса травления канавок в 81 в смеси С12/02ЛЧ2 для формирования мелкощелевой изоляции в ИС. Приведен подробный анализ проблемы возникновения прекращения травления в центре пластины. Рассмотрены результаты экспериментов, проведенных для определения роли азота в исследуемой смеси. Показано, что добавка азота способствует увеличению концентрации радикалов О* в плазме и приводит к образованию более гладких поверхностей канавки. Показано, что замена азота на аргон не дает образования повышенной шероховатости поверхности на краю пятна и, также как и азот, не значительно влияет на потребление нитридной маски. Приведен анализ влияния параметров процесса (таких как потоки газов, давление, ВЧ-мощность и смещение на пластине) на профиль и селективность травления. По итогам проведенных исследований удалось подобрать оптимальные параметры процесса, позволившие исключить появление остановки травления при нагреве кварцевого окна.

Основные результаты работы и выводы

1. Изучен процесс реактивно-ионного травления канавок в Si для формирования мелкощелевой изоляции с минимальными размерами 0,18 мкм на пластинах диаметром 300 мм в реакторе высокоплотной плазмы.

2. Установлено, что рекомбинация атомов на поверхности основная причина изменения состава плазмы и как следствие появления полного прекращения травления на пластине.

3. Впервые проведено исследование влияния температуры кварцевого окна' верхнего электрода на состав плазмы CI2/O2/N2 методом оптической эммисионной спектроскопии, объединенного с актинометрией.

4. Впервые обнаружено, что увеличение ТКО приводит к увеличению атомарных концентраций радикалов О* и С1*, при этом концентрация радикалов >1* остается постоянной. Проанализирован механизм изменения коэффициентов рекомбинации на поверхности кварца.

5. Впервые изучен механизм окисления поверхности кремния в травящей плазме С12/02ЛЧ2. Показано, что размер области прекращения травления увеличивается с увеличением ТКО, потока 02 и давления, уменьшается при увеличении температуры подложки и не меняется с ВЧ мощностью.

6. Впервые показано, что главной причиной образования области прекращения травления является увеличение концентрации радикалов О*, несмотря на одновременное увеличение концентрации радикалов С1*.

7. Установлено, что механизм образования слоя оксида кремишь в центре пластины имеет сходство с островковым механизмом окисления кремния в плазме* 02 в, так называемых, "критических условиях".

8. Разработаны практические рекомендации по устранению зависимости? процесса травления канавок для мелкощелевой изоляции ют ТКО. На основе этих рекомендаций' создан рецепт, позволяющий« получить высокую воспроизводимость от пластины к пластины.

9. Предложены рекомендации по улучшению конструктивных особенностей реактора.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Роль объемных и гетерогенных процессов при глубинном травлении кремниевых структур в реакторе высокоплотной плазмы.

2. Роль кислорода О* в объёме и на поверхности. Эффективный процесс анизотропного травления канавок для мелкощелевой изоляции зависит от соотношения концентрации кислорода О* и хлора С1* в обьеме и на повехности пластины. Если концентрация кислорода О* оптимальна, то она обеспечивает защиту боковых стенок за счет образования слоя оксида кремния. Любые флуктуации концентрации кислорода О* приводят к изменению условий формирования защитного слоя. Формирование слоя оксида кремния в хлоркислородной смеси имеет аналогию с так называемыми процессами "критического окисления" кремния кислородом при высоких температурах.

3. Механизм образования пятна оксида, блокирующего процесс травления, которое образуется в центре пластины и его размер определяется градиентом концентрации радикалов кислорода О* в плазме, а также близостью к условиям образования критических кластеров 8Ю2 (больше кислорода - больше пятно). Градиент концентрации радикалов О* определяется температурой кварцевого окна.

4. Изменение вероятности рекомбинации атомов О* и С1* на поверхности кварцевого окна в зависимости от температуры поверхности является доминирующим фактором флуктуации компонентного состава плазмы.

5. Оптимизация процесса анизотропного травления профилей канавок для мелкощелевой изоляции в ИС.

В заключение хочу выразить искреннюю благодарность людям, которые принимали активное участие в этой работе: Гущину О.П. за моральную поддержку, безотказную помощь в обсуждении результатов, возможность получить колоссальный опыт работы в ведущем институте микроэлектроники Европы 1МЕС и за помощь в решении организационных вопросов, Шамиряну Д.Г. за неоценимую помощь в проведении экспериментов и. плодотворный анализ' полученных результатов, Миленину А.П. за поднятие настроения и помощь в проведении экспериментов с сенсорными пластинами, а также Галперину В.А за внимание к моим исследованиям.

В заключение сформулируем основные выводы и положения, выносимые на защиту.

1. B. Baliga, The future of power semiconductor device technology, Proceedings of the IEEE, Vol. 89 (2001) p.822.

2. Michael E. Stibila, Frank Thiel, The benefits of trench isolation in high-voltage, high-bandwidth semiconductors fhttp://www.analogzone.com/nett0614.pdf).

3. О.П. Гущин, E.B. Данилкин и А.Ю. Падерин, Методы формирования канавок в технологии изготовления щелевых ДМОП-транзисторов, Нано- и Микросистемная Техника, №5 (2007) с. 26.

4. В.А. Галперин, Е.В. Данилкин, А.И. Мочалов, А.Ю. Падерин, Особенности процесса формирования щелевых ДМОП-транзисторов, Сборник научных трудов "Технологии микроэлектроники, оптоэлектроники и волоконной оптики"под ред. Ю.Н. Коркишко (2006) с.97.

5. С. Reyes-Betanzo et al., Silicon nitride etching in high- and low-density plasmas using SF6/02/N2 mixtures, J. Vac. Sci. Technol. A, Vol. 21 (2003) p.461.

6. K. Ishimaru et al, Trench isolation technology with 1 |im depth n- and p-wells for a full-CMOS SRAM cell with a 0.4 |im n+/p+ spacing, Symposium on VLSI Technology, (1994) p.97.

7. Ju-Hoon Lee et al., Study of shallow silicon trench etch process using planar inductively coupled plasmas, J. Vac. Sci. Technol. A, Vol.15 (1997) p.573.0

8. C.K. Yeon and H.J. You, Deep-submicron trench profile control using a magnetron enchanced reactive ion etching system for shallow trench isolation, J. Vac. Sci. Technol. A, Vol.16 (1998) p.1502.

9. Chatterjee et al., Integration of unit processes in a shallow trench isolation module for a 0.25 /лп complementary metal-oxide semiconductor technology, J. Vac. Sci. Technol. B, Vol.15, (1997) p.1936.

10. S. Wolfe, Silicon Processing for the VLSI Era (Lattice, Sunset Beach, 1995), Vol.3.

11. P. Pan et al, ECS Fall Meeting, (1994) p.748.1 7

12. Balasubramanian et al., Active corner engineering in the process integration, J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 18 (2000) p.700.

13. Chung et al., Round-off of trench corner by post-CMP sidewall, J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 18 (2000) p. 197.

14. A. Somasekhar and S. O'Brien, Etching Si02 films in aqueous 0.49% HF, J. Electrochem. Soc. Vol. 143 (1996) p.2885.

15. H. S. Lee et al, Symposium on VLSI Technology, (1996) pp. 158-159.

16. A. Chatterjee et al, Symposium on VLSI Technology, (1996) pp. 156-157. S. Nag et al, Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet., (1996) p.841.

17. Ali et al, CMP-MIC Conference, (1996) pp. 249-255.

18. J. M. Boyd etal, Electrochem. Soc. Proc., Vol. 95 (1995) p.290.

19. B. Baliga, D. Girdhar, Paradigm Shift in Planar Power MOSFET technology, (http://www.siliconsemi.com/PDFFiles/paradigm shift.pdf)

20. V. Barkhordarian, Power MOSFET Basics (http://www.irf.com/technical-info/appnotes/mosfet.pdf).

21. Tim McDonald, Marco Soldano, Power MOSFET Avalanche Design Guidelines, (http://vvww.irf.com/technical-info/appnotes/an- 1005.pdf).

22. D. Thomas, Trikon has last word with Omega etch, European semiconductor, Vol.27 (2005) p.18.

23. P. Nallan, A.H. Kban, A. Kumar and D. Podlesnik, Speeding high aspect ratio etch, European semiconductor, Vol 24 (2002) p.41.

24. MJ. de Boer at al., Guidelines for etching silicon MEMS structures using fluorine high-density plasmas at cryogenic temperatures, J. Microelectromech. Sys., Vol.11 (2002) pp. 385.

25. М. Armacost at al., Plasma-etching processes for ULSI semiconductor circuits, Journal-of Research and Development, Vol.43 (1999).

26. R. Benferhat, Etch control; European semiconductor, Vol. 23 (2002) p.21.

27. О.П. Гущин, E.B. Данилкин и А.И. Мочалов, Травление кремния методом переменной модуляции газов SF6 и C4F8, Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА, №4 (2006) с.8.

28. Н. Jansen et al., The black silicon method: The effect of mask material and loading on the reactive ion etching of deep silicon trenches, Microelectronic engineering, Vol. 27 (1995) p.475.

29. B.C. Richardson, D. Outka, Method of cleaning and conditioning plasma reaction chamber (Lam research Corporation, US patent #6,350,697, 2002).

30. Comprehensive chemical kinetics, Vol.2, C.H. Bamford and C.F.H. Tipper, Elsevier scientific publishing company, Amsterdam Oxford - New York, 1969, pp.482. Успехи физических наук, Т. VII. Вып. 6. 1927г.

31. Kim Y. С. and Boudart М. Recombination of О, N, and H Atoms on Silica: Kinetics and Mechanism, Langmuir, Vol. 7 (1991) p.2999.

32. B. Gordiets at al., Surface kinetics of N and О atoms in N2-O2 discharges, J. Phys. D: Appl. Phys. Vol.29 (1996)p.1021.

33. H. Sabadil and S. Pfau, Measurements of the degree of dissociation in oxygen DC discharges: Comparison of the ozone method with the Wrede-Harteck method, Plasma Chem. Plasma Process, Vol. 5, (1985) p.67.

34. F. Rumpf, H. Poppa and M. Boudart, Oxidation of carbon monoxide on palladium: role of the alumina support, Langmuir Vol. 4 (1988) p.722.

35. P Macko, P Veis and G Cernogora, Study of oxygen atom recombination< on a pyrex surface at different wall temperatures by means of time-resolved actinometry in a double pulse discharge technique, Plasma Sources Sci. Technol. Vol. 13 (2004) p.251.

36. G.P. Kota, J.W. Coburn and D.B. Graves, The recombination ¡of chlorine atoms at surfaces, J. Vac. Sci. Technol. A, Vol. 16 (1998) p.270.