Plasmaprocessen bij CVD-operaties

1. Kamerreiniging

Tijdens het Chemical Vapour Deposition (CVD) proces vormen zich niet alleen afzettingen op het oppervlak van de wafer, maar ook op componenten in de proceskamer en de wanden ervan. De op onderdelen afgezette films moeten regelmatig worden verwijderd om stabiele procesomstandigheden te handhaven en deeltjesverontreiniging van de wafers te voorkomen. De meeste CVD-kamers maken voor het reinigen gebruik van op fluor gebaseerde chemische reactiegassen.

In CVD-kamers van siliciumoxide zijn bij plasmareiniging doorgaans fluorkoolstofgassen betrokken, zoals CF4, C2F6 en C3F8, die in het plasma ontleden, waarbij fluorradicalen vrijkomen. De chemische reacties worden als volgt weergegeven:

·e- + CF4 -> CF3 + F + e-

· e- + C2F6 -> C2F5 + F + e-

Fluoratomen behoren tot de meest reactieve radicalen en reageren snel met siliciumoxide om gasvormig SiF4 te vormen, dat gemakkelijk uit de kamer kan worden geëvacueerd:

·F + SiO2 -> SiF4 + O2 + andere vluchtige bijproducten

Wolfraam CVD-kamers gebruiken doorgaans SF6 en NF3 als bronnen van fluor. Fluorradicalen reageren met wolfraam en produceren vluchtig wolfraamhexafluoride (WF6), dat via vacuümpompen uit de kamer kan worden geëvacueerd. Het reinigen van de plasmakamer kan automatisch worden beëindigd door de emissie-eigenschappen van fluor in het plasma te controleren, waardoor overmatige zuivering van de kamer wordt vermeden. Deze aspecten zullen nader worden besproken.

2. Opvullen van gaten

Wanneer de opening tussen metaallijnen smaller wordt tot 0,25 µm met een aspectverhouding van 4:1, hebben de meeste CVD-depositietechnieken moeite om de openingen zonder holtes op te vullen. High-Density Plasma CVD (HDP-CVD) is in staat zulke smalle gaten op te vullen zonder lege ruimtes te creëren (zie onderstaande afbeelding). Het HDP-CVD-proces zal hierna worden beschreven.

3. Plasma-etsen

Vergeleken met nat etsen biedt plasma-etsen voordelen zoals anisotrope etsprofielen, automatische eindpuntdetectie en een lager chemicaliënverbruik, samen met redelijk hoge etssnelheden, goede selectiviteit en uniformiteit.

4. Controle van etsprofielen

Voordat plasma-etsen wijdverspreid werd in de productie van halfgeleiders, gebruikten de meeste wafelfabrieken natchemisch etsen voor patroonoverdracht. Nat etsen is echter een isotroop proces (etsen met dezelfde snelheid in elke richting). Wanneer de afmetingen van de kenmerken kleiner worden dan 3 µm, resulteert isotroop etsen in ondersnijding, waardoor de toepassing van nat etsen wordt beperkt.

Bij plasmaprocessen bombarderen ionen voortdurend het wafeloppervlak. Of het nu gaat om roosterbeschadigingsmechanismen of passivatiemechanismen van de zijwanden, plasma-etsen kan anisotrope etsprofielen bereiken. Door de druk tijdens het etsproces te verlagen, kan het gemiddelde vrije pad van ionen worden vergroot, waardoor ionenbotsingen worden verminderd voor een betere profielcontrole.

5. Etssnelheid en selectiviteit

Ionenbombardement in het plasma helpt de chemische bindingen van oppervlakteatomen te verbreken, waardoor ze worden blootgesteld aan radicalen die door het plasma worden gegenereerd. Deze combinatie van fysische en chemische behandeling verbetert de chemische reactiesnelheid van het etsen aanzienlijk. De etssnelheid en selectiviteit worden bepaald door de procesvereisten. Omdat zowel ionenbombardement als radicalen een cruciale rol spelen bij het etsen, en RF-vermogen het ionenbombardement en de radicalen kan controleren, wordt RF-vermogen een sleutelparameter voor het regelen van de etssnelheid. Het verhogen van het RF-vermogen kan de etssnelheid aanzienlijk verbeteren, wat in meer detail zal worden besproken, en heeft ook invloed op de selectiviteit.

6. Eindpuntdetectie

Zonder plasma moet het etseindpunt worden bepaald door tijd of visuele inspectie door de operator. Bij plasmaprocessen, naarmate het etsen door het oppervlaktemateriaal vordert om te beginnen met het etsen van het onderliggende (eindpunt) materiaal, verandert de chemische samenstelling van het plasma als gevolg van de verandering in etsbijproducten, duidelijk zichtbaar door een verandering in de emissiekleur. Door de verandering in emissiekleur te monitoren met optische sensoren, kan het etseindpunt automatisch worden verwerkt. Bij IC-productie is dit een zeer waardevol hulpmiddel.**