Плазмові процеси в CVD операціях

1. Очищення камери

Під час процесу хімічного осадження з парової фази (CVD) відкладення утворюються не лише на поверхні пластини, але й на компонентах у технологічній камері та її стінках. Плівки, нанесені на деталі, необхідно регулярно видаляти, щоб підтримувати стабільні умови процесу та запобігати забрудненню пластин частинками. У більшості камер CVD для очищення використовуються гази хімічної реакції на основі фтору.

У камерах CVD з оксиду кремнію плазмове очищення зазвичай включає фторвуглецеві гази, такі як CF4, C2F6 і C3F8, які розкладаються в плазмі, вивільняючи радикали фтору. Хімічні реакції представлені таким чином:

·e- + CF4 -> CF3 + F + e-

· e- + C2F6 -> C2F5 + F + e-

Атоми фтору, будучи одними з найбільш реакційноздатних радикалів, швидко реагують з оксидом кремнію з утворенням газоподібного SiF4, який можна легко евакуювати з камери:

·F + SiO2 -> SiF4 + O2 + інші летючі побічні продукти

Вольфрамові CVD камери зазвичай використовують SF6 і NF3 як джерела фтору. Радикали фтору реагують з вольфрамом, утворюючи летючий гексафторид вольфраму (WF6), який можна евакуювати з камери за допомогою вакуумних насосів. Очищення плазмової камери може бути автоматично припинено шляхом моніторингу характеристик випромінювання фтору в плазмі, уникаючи надмірного очищення камери. Ці аспекти будуть розглянуті більш детально.

2. Заповнення проміжків

Коли проміжок між металевими лініями звужується до 0,25 мкм із співвідношенням сторін 4:1, більшість методів осадження CVD намагаються заповнити проміжки без пустот. Плазмовий CVD високої щільності (HDP-CVD) здатний заповнювати такі вузькі щілини без утворення пустот (див. малюнок нижче). Процес HDP-CVD буде описаний далі.

3. Плазмове травлення

Порівняно з мокрим травленням плазмове травлення пропонує такі переваги, як анізотропні профілі травлення, автоматичне визначення кінцевої точки та менше споживання хімікатів, а також розумно високі швидкості травлення, хорошу вибірковість та однорідність.

4. Контроль Etch Profiles

До того, як плазмове травлення стало широко поширеним у виробництві напівпровідників, більшість виробників пластин використовували вологе хімічне травлення для перенесення малюнка. Однак вологе травлення є ізотропним процесом (травлення з однаковою швидкістю в усіх напрямках). Коли розміри елементів зменшуються нижче 3 мкм, ізотропне травлення призводить до підрізання, що обмежує застосування мокрого травлення.

У плазмових процесах іони постійно бомбардують поверхню пластини. Через механізми пошкодження решітки чи механізми пасивації бічних стінок плазмове травлення може досягти анізотропних профілів травлення. Знижуючи тиск під час процесу травлення, середню довжину вільного пробігу іонів можна збільшити, тим самим зменшуючи зіткнення іонів для кращого контролю профілю.

5. Швидкість травлення та вибірковість

Іонне бомбардування в плазмі допомагає розірвати хімічні зв’язки поверхневих атомів, піддаючи їх дії радикалів, які генерує плазма. Ця комбінація фізичної та хімічної обробки значно підвищує швидкість хімічної реакції травлення. Швидкість травлення та селективність визначаються вимогами процесу. Оскільки як іонне бомбардування, так і радикали відіграють вирішальну роль у травленні, а РЧ-потужність може контролювати іонне бомбардування та радикали, РЧ-потужність стає ключовим параметром для контролю швидкості травлення. Збільшення РЧ-потужності може значно підвищити швидкість травлення, що буде обговорюватися докладніше, також впливаючи на вибірковість.

6. Виявлення кінцевої точки

Без плазми кінцева точка травлення повинна визначатися за часом або візуальним оглядом оператора. У плазмових процесах, коли травлення просувається через поверхневий матеріал, щоб почати травлення основного (кінцевого) матеріалу, хімічний склад плазми змінюється через зміну побічних продуктів травлення, що проявляється через зміну кольору випромінювання. Відстежуючи зміну кольору випромінювання за допомогою оптичних датчиків, можна автоматично обробити кінцеву точку травлення. У виробництві мікросхем це дуже цінний інструмент.**