Физика

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.