Введение к работе
. Акт^альность_теш_аиссер_тации. Вновь резко возросший за последае годы интерес к исследованиям в области физики газовых разрядов обусловлен в большой степени их широким использованием в производстве современных интегральных схем. Плазменные методы обработки полупроводников - плазменное травление, окисление, очистка, напыление и осаждение пленок, - позволяют получать микроструктуры высокого качества, удовлетворяющие современным требованиям к степени интеграции, надежности, выходу годных изделий. Это связано с тем, что плазма газового разряда является сильно термодинамически неравновесным объектом, богатым источником ионов и химически активных ' частиц, благодаря чему, собственно, и появляется возможность управлять различными физическими параметрами в какой-то мерз независимо, а следовательно, целенаправленно изменять технологический режим плазменой обработки.
Развитие современной микрогехнологии предъявляет все более высокие требования к пониманию физических процессов, протекающих как в плазме газового разряда, так и при взаимодействии плазмы с поверхностью. Особую роль в решении этой задачи играет теоретическое моделирование плазменных процессов в технологических устройствах, что обусловлено сложностью (а часто и невозможностью ) экспериментального измерения некоторых плазменных параметров. Однако анализ физических процессов и, соответственно, уравнений, которые описывают поведение низкотемпературной плазмы газовых разрядов низкого давления, представляет собой крайне сложную задачу. По этой причине очень важным является развитие соответствующих численных моделей, развитие новых методов расчетов и разработка упрощенных
подходов к описанию процессов в разрядах пониженного давления. Важно также выявить новые методы упраления наиболее существенными для технологии плазменными характеристиками.
Целью_настоящей_диссертации- является теоретическое исследование различных видов газовых разрядов, которые либо уже широко используются, либо рассматриваются как перспективные источники плазмы для микротехнологии; выяснение наиболее существенных физических процессов, определяющих важнейшие для технологии параметры плазмы и поиск способов эффективного управления-ими; построение самосогласованной модели высокочастотного плазмохимического реактора и применение ее для описания конкретных технологических процессов травления и осаждения; исследование влияния поперечного магнитного поля на основные параметры высокочастотных разрядов как в электроположительных так и в электроотрицательных газ.ах..
Шзктическая_ценность проведенных исследований связана с развитием современной технологии микроэлетроники, все более широким использованием плазменных процессов практически на всех наиболее» выжных этапах, таких как травление, осаждение, окисление различных пленок, очистка поверхностей, удаление резиста, а также плазменная пассивация различных дефектов. Скорость и качество проведения всех этих процессов определяются величиной и составом потока активных частиц из плазмы на обрабатываемую поверхность. Понимание физических процессов протекающих как в объеме плазмы, так и на границе взаимодействия плазмы с обрабатываемой поверхностью позволит надежно управлять технологическим процессом и проводить его оптимизацию.
В диссертации рассмотрены задачи, в которых удается выделить для исследования те или иные группы процессов, при этом изменение
остальных параметров можно не учитывать. Например, часто можно не рассматривать химические превращения, либо учитывать их очень опосредованно , как в магнетронним высокочастотном разряд - МВЧР - или в разряде постоянного гока в cf4, и при фиксированном химмическом составе изучать особенности электродинамики таких разрядов. В качестве же примера такойзадачи, где важны химические процессы, рассмотрена проблема осаждения алмазоподобных пленок, для решения которой необходимо связать электродинамические процессы, протекающие в об'єме плазмы, с химическими превращениями в об'єме и на границе плазмы с поверхностью.
_дсновные_за5Щаемые_полонения_и_новизнал I.Впервые реализована согласованная численная модель самостоятельн ого высокочастотного разряда (ВЧР) повышенного давления (столкко-вительной диффузией пренебрегаем) мегагерцевого диапазона частот. На основе этой модели проведены расчеты ВЧР в азоте и модельном . электроотрицательном газе. 2.Развита численная модель ВЧР низкого давления в электроотрицательных газах. Проведенные нами численные исследования показали, что ВЧ-разряд в молекулярном хлоре имеет сложную, далеко неоднородную пространственную структуру, которая к тому же при определенных параметрах может периодическименаться с характерным временем,обусловленным процессами прилипания электронов, уходом ионов из приэлёктродных областей. 3. Построена самосогласованная модель планарного плазмохимического реактора с ВЧ-возСуждениеы, учитывающая кинетику радикалов и нагрев газа. Модель хорошо согласуется с экспериментом. Созданная модель позволяет выявлять наиболее важные процессы,
протекающие при травлении, что может способствовать созданию упрощенных моделей и оптимизировать проведение экспериментов. 4. Численная самосогласованная модель высокочастотного разряда в смеси водород - метан позволила найти источники рождения ионов и радикалов, а также потоки заряженных и нейтральных частиц на поверхность. Предложенная модель позволяет исследовать механизм роста углеродных и алмазополобных пленок. 5.Впервые построена численная самосогласованная модель, которая описывает свойства магнетронного высокочастотного разряда (МВЧР) в широком диапазоне параметров: давления, магнитного поля, приложенной мощности, в разных типах газов. На основе численного моделирования проанализировано влияние магнитного поля на характер движения электронов и ионов, на энергетический спектр ионов, бомбардирующих электрод; на возникновение напряжения автосыещения; на роль т- электронов и т.д. Исследовано влияние магнитного поля на интегральные характеристики разряда. 6.Построена аналитическая модель МВЧР, которая позволила описать качественные характеристики энергетического спектра ионов, бомбардирующих электрод, а также исследовать устойчивость МВЧР при низком давлении.
-
Предложен и реализован эффективный и наглядный метод расчета функции распределения электронов в сильных и неоднородных электрических полях. На основе этого метода построена теоретическая модель открытого разрряда (ОР), которая позволяет объяснить основные закономерности поведения ОР, предсказать многие трудноизмеряемые параметры, например, вид ФРЭ.
-
Численная квазигидродинамическая модель положительного столба
разряда постоянного тока в сильноэлектроотрицательном газе (сг4) использована для анализа роли отрицательных ионов и возникающей пространственной нелокальности функции распределения электронов по энергии. Апробация_работыл
Результаты работы докладывались на и и ш Всесоюзных совещаниях по физике электрического пробоя газов ( Тарту 1984 и 1989 ); in,iv Всесоюзных конференциях по физике газового разряда ( Киев
1986, Махачкала 1988); 1Х,Х И XI ESCAMPIG ( Lisbon 1988, Orleans 1990, St.-Peterburg 1992); XX ICPIG ( Pisa 1991 ); III DIAMOND ( Heidelberg 1992 ); VIII ВСЄС0ЮЗН0Й конференции ПО фИЗИКв
низкотемпературной плазмы ( Минск 1991 ); ш Межрегиональном совещании "Тонкие пленки в электронике", Межотраслевом научно-техническом семинаре "Физические основы и новые направления плазменной технологии в микроэлектронике" ( Харьков 1989 ); vii Международной конференции по микроэлектронике ( Минск 1990 ); Всесоюзном совещании "Математическое моделирование физических процессов в полупроводниках и полупроводниковых приборах ( Ярославль 1990 ), і, и,- ш и iv Всесоюзном семинаре по физическим основа плазменной и лазерной микротехнологии ( Туапсе 1989, 1990, 1991, 1992) а также на начных семинарах НИИЯФ МГУ, ИОФАН, ФТИАН, ИШ, СПГТУ, Института физической химии РАН.
Структу_2а_дассертации.
Диссертации состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации - 217 страниц, список литератур содержит 130 ссылок. Специальная обзорная глава отсутствует, ссылки и анализ необходимых работ включены в текст.
