基于 CHxFy 离子等离子体刻蚀的 SiO$_2$/Si$_3$N$_4$ 刻蚀到沉积转变：神经网络势能原子尺度研究
材料科学
2025-08-04 v1
摘要
等离子体刻蚀是半导体制造中的关键工艺，利用氟烃既作为刻蚀剂，也作为碳薄膜的前体，其中对薄膜生长的精确控制对于实现高 SiO/SiN 比例和原子层刻蚀至关重要。本文开发了神经网络势能（NNP），以原子尺度洞察 SiO 和 SiN 在氟烃离子作用下的表面演化。为高效采样多样化的局部构型而无需穷尽枚举离子-基材联合组合，我们提出了一种基于高温低密度分子动力学模拟的蒸汽-至-表面抽样方法，并补充基线参考结构。经反复训练优化的 NNP 在 MD 模拟中表现出与实验结果良好一致的刻蚀特征。进一步分析揭示了 SiO 和 SiN 中碳层形成机制的差异，源于 SiO 中碳-氧副产物的较高挥发性，而 SiN 中碳-氮非挥发性物种的抑制形成。该计算框架实现了对等离子体暴露下原子尺度表面修饰的定量预测，为与多尺度过程建模集成提供了基础，为半导体制造工艺提供了深入见解。
引用
@article{arxiv.2508.00327,
title = {Etching-to-deposition transition in SiO$_2$/Si$_3$N$_4$ using CH$_x$F$_y$ ion-based plasma etching: An atomistic study with neural network potentials},
author = {Hyungmin An and Sangmin Oh and Dongheon Lee and Jae-hyeon Ko and Dongyean Oh and Changho Hong and Seungwu Han},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.00327},
year = {2025}
}