Физика

Ученые выяснили, как атомы фтора повреждают диэлектрики интегральных схем

Ученые выяснили, как атомы фтора повреждают диэлектрики интегральных схем

Wikimedia Commons

Ученые из НИИЯФ имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В.Ломоносова создали численную модель многоступенчатого процесса разрушения и травления нанопористых органосиликатных пленок атомами фтора. Статья опубликована в журнале Journal of Physics D: Applied Physics.

В новейших интегральные схемах (микросхемах) в качестве межслойного диэлектрика используется нанопористые органосиликатные пленки с низкой диэлектрической постоянной (low-k OSG films), основанием которых является кремнекислородный каркас (SiОх) с метильными группами (Si-CH3) на поверхности его пор. Эти группы обеспечивают защиту от воды (гидрофобность) пористой пленки, необходимую для сохранения низкой диэлектрической постоянной таких SiOCH пленок. Однако в технологических процессах в плазменных реакторах защитные метильные группы могут повреждаться под воздействием химически активных радикалов, ионов и фотонов (вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения плазмы). Разработка технологии бездефектного травления SiOCH пленок является одной из критичных задач современной микроэлектроники. Для этого требуется изучать и понимать детали механизмов травления и повреждения таких пленок. Радикальному механизму разрушения и травления SiOCH нанопористых пленок атомами фтора и посвящена последняя работа ученых.

«На основе результатов экспериментальных исследований и квантовомеханических расчетов разработан детальный пошаговый механизм повреждения и травления атомами фтора SiOCH пленок с низкой диэлектрической постоянной. Механизм включает последовательность реакций, приводящих к образованию различных летучих продуктов. Ранее существовали лишь качественные представления об этих процессах без понимания детальных механизмов и их расчетов», — говорит ведущий научный сотрудник НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В.Ломоносова, доктор физико-математических наук Юрий Манкелевич.

Квантомеханические расчеты на основе метода функционала плотности состояний (DFT) производились на суперкомпьютере «Ломоносов» в МГУ имени М.В.Ломоносова.

Учеными экспериментально и теоретически было показано, что при взаимодействии атомов фтора с поверхностью нанопористых SiOCH пленок происходит квазихимическая адсорбция атомов фтора с образованием пятивалентных атомов кремния. На следующей стадии протекают реакции высвобождения атомов водорода из метильных (CHx) групп на поверхности пленки с заменой его атомами фтора и реакции образования летучих фторуглеродных радикалов CF2 и CF3, а не стабильных молекул CF4, как можно было ожидать. Эти процессы приводят к заметному ослаблению Si-O связей, что критически важно для финальной стадии — травления собственно SiOx каркаса.

«Опубликованные результаты впервые детально описывают тонкие многоступенчатые механизмы травления и повреждения нанопористых диэлектрических пленок, используемых в новейших микроэлектронных технологиях создания интегральных схем с топологической нормой менее 45 нм», — говорит Юрий Манкелевич.