Διεργασίες πλάσματος σε λειτουργίες CVD

1. Καθαρισμός θαλάμου

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας Chemical Vapor Deposition (CVD), σχηματίζονται εναποθέσεις όχι μόνο στην επιφάνεια της γκοφρέτας αλλά και σε εξαρτήματα εντός του θαλάμου διεργασίας και των τοιχωμάτων του. Οι μεμβράνες που εναποτίθενται στα μέρη πρέπει να αφαιρούνται τακτικά για να διατηρούνται σταθερές οι συνθήκες διεργασίας και να αποφεύγεται η μόλυνση των πλακών από σωματίδια. Οι περισσότεροι θάλαμοι CVD χρησιμοποιούν αέρια χημικής αντίδρασης με βάση το φθόριο για τον καθαρισμό.

Στους θαλάμους CVD οξειδίου του πυριτίου, ο καθαρισμός του πλάσματος συνήθως περιλαμβάνει αέρια φθοράνθρακα όπως CF4, C2F6 και C3F8, τα οποία αποσυντίθενται στο πλάσμα, απελευθερώνοντας ρίζες φθορίου. Οι χημικές αντιδράσεις παρουσιάζονται ως εξής:

·e- + CF4 -> CF3 + F + e-

· e- + C2F6 -> C2F5 + F + e-

Τα άτομα φθορίου, που είναι από τις πιο δραστικές ρίζες, αντιδρούν γρήγορα με το οξείδιο του πυριτίου για να σχηματίσουν αέριο SiF4, το οποίο μπορεί εύκολα να εκκενωθεί από τον θάλαμο:

·F + SiO2 -> SiF4 + O2 + άλλα πτητικά υποπροϊόντα

Οι θάλαμοι CVD βολφραμίου συνήθως χρησιμοποιούν SF6 και NF3 ως πηγές φθορίου. Οι ρίζες φθορίου αντιδρούν με το βολφράμιο για να παράγουν πτητικό εξαφθοριούχο βολφράμιο (WF6), το οποίο μπορεί να εκκενωθεί από τον θάλαμο μέσω αντλιών κενού. Ο καθαρισμός του θαλάμου πλάσματος μπορεί να τερματιστεί αυτόματα παρακολουθώντας τα χαρακτηριστικά εκπομπής φθορίου στο πλάσμα, αποφεύγοντας τον υπερβολικό καθαρισμό του θαλάμου. Αυτές οι πτυχές θα συζητηθούν λεπτομερέστερα.

2. Γέμισμα κενού

Όταν το κενό μεταξύ των μεταλλικών γραμμών μειώνεται στα 0,25 μm με αναλογία διαστάσεων 4:1, οι περισσότερες τεχνικές εναπόθεσης CVD αγωνίζονται να γεμίσουν τα κενά χωρίς κενά. Το CVD Plasma High-Density (HDP-CVD) είναι ικανό να καλύψει τόσο στενά κενά χωρίς να δημιουργεί κενά (δείτε την παρακάτω εικόνα). Η διαδικασία HDP-CVD θα περιγραφεί στη συνέχεια.

3. Χαλκογραφία πλάσματος

Σε σύγκριση με την υγρή χάραξη, η χάραξη πλάσματος προσφέρει πλεονεκτήματα όπως ανισότροπα προφίλ χάραξης, αυτόματη ανίχνευση τελικού σημείου και χαμηλότερη χημική κατανάλωση, μαζί με λογικούς υψηλούς ρυθμούς χάραξης, καλή επιλεκτικότητα και ομοιομορφία.

4. Έλεγχος Προφίλ Etch

Προτού η χάραξη πλάσματος διαδοθεί ευρέως στην κατασκευή ημιαγωγών, οι περισσότεροι κατασκευαστές γκοφρετών χρησιμοποιούσαν υγρή χημική χάραξη για τη μεταφορά σχεδίων. Ωστόσο, η υγρή χάραξη είναι μια ισότροπη διαδικασία (χαρακτική με τον ίδιο ρυθμό προς κάθε κατεύθυνση). Όταν τα μεγέθη χαρακτηριστικών συρρικνώνονται κάτω από 3 μm, η ισότροπη χάραξη έχει ως αποτέλεσμα την υποκοπή, περιορίζοντας την εφαρμογή υγρής χάραξης.

Στις διεργασίες πλάσματος, τα ιόντα βομβαρδίζουν συνεχώς την επιφάνεια του πλακιδίου. Είτε μέσω μηχανισμών βλάβης του πλέγματος είτε μέσω μηχανισμών παθητικοποίησης πλευρικών τοιχωμάτων, η χάραξη πλάσματος μπορεί να επιτύχει ανισότροπα προφίλ χάραξης. Με τη μείωση της πίεσης κατά τη διαδικασία χάραξης, η μέση ελεύθερη διαδρομή των ιόντων μπορεί να αυξηθεί, μειώνοντας έτσι τις συγκρούσεις ιόντων για καλύτερο έλεγχο του προφίλ.

5. Ρυθμός χάραξης και επιλεκτικότητα

Ο βομβαρδισμός ιόντων στο πλάσμα βοηθά στη διάσπαση των χημικών δεσμών των επιφανειακών ατόμων, εκθέτοντάς τους σε ρίζες που παράγονται από το πλάσμα. Αυτός ο συνδυασμός φυσικής και χημικής επεξεργασίας ενισχύει σημαντικά τον ρυθμό χημικής αντίδρασης της χάραξης. Ο ρυθμός χάραξης και η επιλεκτικότητα υπαγορεύονται από τις απαιτήσεις της διαδικασίας. Δεδομένου ότι τόσο ο βομβαρδισμός ιόντων όσο και οι ρίζες παίζουν κρίσιμους ρόλους στη χάραξη και η ισχύς RF μπορεί να ελέγξει τον βομβαρδισμό ιόντων και τις ρίζες, η ισχύς RF γίνεται βασική παράμετρος για τον έλεγχο του ρυθμού χάραξης. Η αύξηση της ισχύος RF μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τον ρυθμό χάραξης, ο οποίος θα συζητηθεί λεπτομερέστερα, επηρεάζοντας επίσης την επιλεκτικότητα.

6. Ανίχνευση τελικού σημείου

Χωρίς πλάσμα, το τελικό σημείο χάραξης πρέπει να προσδιορίζεται με οπτική επιθεώρηση χρόνου ή χειριστή. Στις διεργασίες πλάσματος, καθώς η χάραξη προχωρά μέσω του επιφανειακού υλικού για να αρχίσει η χάραξη του υποκείμενου υλικού (τελικού σημείου), η χημική σύνθεση του πλάσματος αλλάζει λόγω της αλλοίωσης στα παραπροϊόντα χάραξης, εμφανής μέσω μιας αλλαγής στο χρώμα εκπομπής. Με την παρακολούθηση της αλλαγής του χρώματος εκπομπής με οπτικούς αισθητήρες, το τελικό σημείο χάραξης μπορεί να υποβληθεί αυτόματα σε επεξεργασία. Στην παραγωγή IC, αυτό είναι ένα εξαιρετικά πολύτιμο εργαλείο.**