Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1) Определены общедоступные источники данных (статьи, монографии), содержащие а) актуальные наборы сечений для СF4, C4F8, CHF3, CH2F2 и продуктов их диссоциации в плазме; и б) результаты их тестирования на основе сравнения расчетных и экспериментальных данных по транспортным характеристикам электронов и таунсендовским кинетическим коэффициентам. Установлено, что объем и надежность данных для плазмы CH2F2 не обеспечивают возможности полноценного анализа параметров и состава плазмы при использовании CH2F2 как в качестве индивидуального плазмообразующего газа, так и в качестве компонента смеси с концентрацией, превышающей 10%. 2) Сформированы кинетические схемы (наборы реакций и соответствующих констант скоростей), обеспечивающие адекватное описание кинетики плазмохимических процессов в многокомпонентных смесях, характеризующихся комбинированием как минимум двух фторуглеродных компонентов: C4F8 + CF4 + Ar/He, CHF3 + CF4 + Ar, C4F8 + CF4 + O2 и CHF3 + CF4 + O2. 3) Получены экспериментальные и расчетные данные по влиянию условий возбуждения плазмы (давление, вкладываемая мощность, соотношения компонентов смесей) на ее электрофизические параметры (среднюю энергию и концентрацию электронов, плотность потока ионов, энергию ионной бомбардировки) и кинетику плазмохимических процессов, определяющих стационарные концентрации активных частиц в различных многокомпонентных газовых смесях. Показано, что замещение C4F8 на CF4 в смеси C4F8 + CF4 + Ar + He при работе в режиме малой вкладываемой мощности не приводит к существенным изменениям параметров электронной и ионной компонент плазмы, но сопровождается незначительным ростом концентрации атомов фтора. Напротив, замещение Ar на He вызывает снижение концентрации атомов фтора из-за аналогичного изменения температуры и концентрации электронов. Установлено, что соотношение Ar/He обеспечивает наиболее широкие диапазоны регулирования параметров газовой фазы, определяющих интенсивность ионной бомбардировки обрабатываемой поверхности, толщину полимерной пленки и анизотропию травления. Проведено сравнительное исследование электрофизических параметров и состава плазмы в смесях CF4 + C4F8 + Ar и CF4 + CHF3 + Ar. Обнаружено, что замещение CF4 на любой второй фторуглеродный газ приводит к изменениям характеристик ионной и электронной компонент плазмы, в том числе – к увеличению плотности плазмы (концентраций электронов и положительных ионов) из-за роста суммарной частоты и скорости ионизации. Показано, что общими свойствами обеих смесей при увеличении доли второго фторуглеродного компонента являются а) увеличение скорости генерации и рост концентрации полимеробразующих радикалов; и б) снижение концентрации атомов фтора. Последний эффект противоречит поведению суммарной скорости образования атомов, но обусловлен ростом эффективной частоты их гибели в объемных атомно-молекулярных процессах. Установлено, что соотношение фторуглеродных компонентов представляет более эффективный (по сравнению с мощностью смещения) инструмент для регулирования характеристик травления, скорости полимеризации и толщины полимерной пленки. Проведено сравнительное исследование параметров и состава плазмы бинарных смесей CF4 + O2, C4F8 + O2 и CHF3 + O2 при варьировании их начального состава (в качестве предварительного этапа работ по исследованию трехкомпонентных смесей CF4 + C4F8 + O2 и CF4 + CHF3 + O2). Установлено, что увеличение содержания кислорода во всех трех смесях а) сопровождается изменениями параметров электронной и ионной компонент плазмы; б) вызывает более быстрое (по сравнению с эффектом разбавления) снижение концентраций фторуглеродных радикалов из-за их окисления в соединения вида CFxO, FO и COx; и в) оказывает существенное влияние на кинетику атомов фтора. Характер последнего эффекта в смесях C4F8 + O2 и CHF3 + O2 не согласуется с изменением скорости образования атомов, но полностью определяется снижением частоты их гибели в объемных атомно-молекулярных процессах. Найдено, что а) добавка кислорода всегда снижает полимеризационную способность плазмы из-за уменьшения плотности потока полимеробразующих частиц и роста скорости окислительной деструкции осаждаемой полимерной пленки; и б) система C4F8 + O2 отличается более высокой полимеризационной способностью при любом фиксированном составе смеси. 4) Изучены спектры излучения плазмы в индивидуальных фторуглеродных газах, а также в бескислородных смесях C4F8 + CF4 + Ar/He, C4F8 + CF4 + Ar + He и CHF3 + CF4 + Ar в диапазоне длин волн 200–800 нм. Проведена идентификация основных линий и полос излучения. Установлено, что спектры излучения плазмы C4F8 и CF4 являются качественно подобными, при этом комбинирование этих газов в одной смеси не приводит к появлению дополнительных максимумов излучения. В спектре излучения плазмы CHF3 дополнительно регистрируются линии излучения атомарного водорода серии, а также полосы молекул H2 и радикалов CH. Показано, что присутствие в смесях аргона в качестве основного компонента с известной концентрацией позволяет реализовать актинометрическое определение концентрации атомов фтора методом внутренней актинометрии - без введения дополнительного газа-актинометра. Предпочтительной аналитической парой для этих целей является F 703.8 нм/Ar 750.4 нм, которая характеризуется а) заселением соответствующих излучающих состояний в процессах электронного удара; и б) низкими временами жизни возбужденных атомов, что позволяет пренебречь процессами не излучательной релаксации. Проведены расчеты актинометрического коэффициента с использованием литературных данных по сечениям возбуждения. Получены экспериментальные данные по концентрациям атомов фтора в смесях CF4 + C4F8 +Ar + He, C4F8 + CF4 + Ar и CHF3 + CF4 + Ar переменного начального состава.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1) Разработана многоуровневая модель процесса реактивно-ионного травления, представляющая систему подходов, допущений и входных данных для описания кинетики травления и полимеризации во фторуглеродной плазме. Предложен набор отслеживающих параметров, обеспечивающий возможность предиктивного анализа влияния условий возбуждения плазмы на скорость высаживания полимерной пленки, скорости ее деструкции под действием физического (физическое распыление) и химического (травление атомами кислорода) факторов, а также на количество остаточного полимера. 2) Получены экспериментальные и расчетные данные по влиянию соотношения компонентов смеси C4F8 + CF4 + Ar + He на параметры газовой фазы, кинетику травления диоксида кремния, химический состав поверхностей после проведения процесса травления и форму профиля травления. Установлено, что а) основной вклад в процесс травления SiO2 вносит химическая составляющая (ионно-стимулированная химическая реакция); б) поведение скорости ионно-стимулированной реакции не коррелирует с характером изменения интенсивности ионной бомбардировки обрабатываемой поверхности; и в) эффективная вероятность взаимодействия не коррелирует с изменением толщины фторуглеродной полимерной пленки. Это означает, что а) на поверхности образуется тонкая полимерная пленки, которая не влияет на кинетику взаимодействия атомов фтора; и б) скорость этого взаимодействия не лимитируется образованием центров адсорбции под действием ионной бомбардировки. Универсальной причиной обоих эффектов является сочетание низкой плотности плазмы в режиме малой вкладываемой мощности и высокой энергии ионной бомбардировки. При исследовании состояния поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлена однозначная корреляция между полимеризационной способность плазмы и интенсивностями (площадями) максимумов, соответствующих C-C и C-F связям. При исследовании профилей травления методом сканирующей электронной микроскопии было найдено, что основным определяющим фактором является соотношение Ar/He. Вертикальные боковые стенки в плазме с высоким содержанием гелия согласуются с уменьшением отношения потоков нейтраль-ных/заряженных частиц и увеличением «направленной» компоненты травления. 3) Получены экспериментальные и расчетные данные по влиянию со-держания кислорода в смесях CF4 + O2, CHF3 + O2 и C4F8 + O2 на параметры газовой фазы, кинетику травления кремния и химический состав поверхностей после проведения процесса травления. Найдено, что во всех смесях имеет место немонотонный характер зависимостей концентрации атомов фтора от доли кислорода, обусловленный либо аналогичным поведением скорости генерации атомов, либо снижением частоты их гибели. Экспериментально установлено, что а) максимальная скорость травления кремния в отсутствии кислорода наблюдается в плазме тетрафторметана, которая отличается минимальной полимеризационной способностью и максимальной концентрацией атомов фтора; б) зависимости скорости травления от доли кислорода во всех трех случаях имеют немонотонный (с максимумом) характер; и в) характер изменения эффективной вероятности взаимодействия неодинаков для различных смесей. Наглядно показано, что вид соответствующих зависимостей определяется конкуренцией процессов снижения толщины фторугле-родной полимерной пленки и окисления кремния атомами кислорода. 4) Получены экспериментальные и расчетные данные по влиянию соотношения фторуглеродных компонентов в смесях CF4 + C4F8 + O2 и CF4 + CHF3 + O2 на параметры газовой фазы, кинетику травления кремния и химический состав поверхностей после проведения процесса травления. Показано, что замещение CF4 на C4F8 или CHF3 при постоянном содержании O2 а) вызывает слабые возмущения параметров электронной и ионной компонент плазмы (температуры электронов, концентрации электронов и плотности потока энергии ионов); б) обеспечивает резкое увеличение концентрации полимеробразующих радикалов CFx (x = 1, 2); в) приводит к монотонному снижению концентрации атомов F. Последний эффект обусловлен одновременным изменением как скорости образования атомов, так и частоты их гибели. В экспериментах установлено, что скорость травления Si более чем на 85% определяется ее химической составляющей, при этом поведение эффективной вероятности взаимодействия а) не коррелирует с изменением толщины фторуглеродной полимерной пленки; и б) противоположно изменению потока атомов кислорода. Данный факт подтверждает существование «окислительного» механизма торможения целевой химической реакции в смесях, богатых кислородом. В подтверждение этому, при исследовании состояния по-верхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии во всех кислородсодержащих смесях установлена однозначная корреляция между а) полимеризационной способностью плазмы и интенсивностями (площадями) максимумов, соответствующих C-C и C-F связям; и б) потоком атомов кислорода и интенсивностями (площадями) максимумов, соответствующих C-O и Si-O связям.