Аналитическая Модель Атомно-Слоевого Осаждения Тонких Пленок На Стенки Цилиндрических Отверстий С Высоким Аспектным Отношением

Abstract

Предложена теоретическая модель, предсказывающая профиль толщины пленки, выращиваемой на стенках высокоаспектного цилиндрического отверстия методом атомно-слоевого осаждения. Модель дает возможность рассчитать критическое время подачи прекурсора, необходимое для конформного покрытия стенок отверстия. Получена аналитическая формула, позволяющая оценить минимальное время подачи прекурсора в зависимости от параметров технологического процесса. DOI: 10.21883/JTF.2018.08.46319.2625 Введение В настоящее время активно развивается технология 3D-интеграции чипов интегральных схем различного назначения. Объединяющим элементом является пла-стина с цилиндрическими отверстиями, которые запол-няются металлическими вставками. Аспектное отноше-ние (отношение глубины к ширине) этих отверстий находится в диапазоне 5−20. Технология заполнения предполагает формирование проводящего лайнера -тонкой пленки, конформно нанесенной на стенку от-верстия. Аналогичные технологии используются при создании проводящих вставок в отверстиях межслойного диэлектрика систем многоуровневой металлизации ульт-рабольших интегральных схем (УБИС), где конформная тонкая пленка на стенке отверстия нужна как барьер диффузии меди.Весьма впечатляющие результаты были достигну-ты [1] на структурах интегральных конденсаторов боль-шой емкости на основе пористого кремния, при за-полнении высокоаспектных пор последовательно слоями диэлектрика и металла. В таких порах аспектное отно-шение может достигать значений 100−1000. Таким обра-зом, конформное нанесение пленок на стенки отверстий с различным значением аспектных отношений является актуальной задачей.Одной из наиболее перспективных технологий кон-формного нанесения тонких пленок на 3D-структуры является атомно-слоевое осаждение (ALD) [2]. Этот метод позволяет выращивать конформные пленки с жестким контролем толщины, который обеспечивается самонасыщением протекания поверхностных реакций на каждом ALD-цикле. Реакции, формирующие мономоле-кулярную пленку заданного состава с адсорбированным на поверхности первым прекурсором, прекращаются после того, как молекулы второго прекурсора (активные радикалы плазмы, молекулы воды) прореагируют со всеми молекулами адсорбата. Повторение ALD-циклов определяет общую толщину выращенной пленки.На 3D-структурах с высоким аспектным отношением процессом, лимитирующим рост тонких пленок методом ALD, как правило, является транспорт первого прекур-сора в высокоаспектное отверстие. Поэтому исследова-ние зависимости времени подачи металлорганических и неорганических прекурсоров, достаточного для обра-зования конформной пленки, от величины аспектного отношения 3D-структур и коэффициента прилипания молекул прекурсора является предметом теоретических исследований ряда авторов [2-9]. Большинство работ в этой области представляет собой численное модели-рование методом Монте-Карло (см., например, [4-6]). Из теоретических работ наиболее известной является работа [3], в основе модели которой используется фор-мула для стационарного течения кнудсеновского газа по трубе, соединяющей две полости, а та...