فرآیندهای پلاسما در عملیات CVD

1. تمیز کردن اتاق

در طی فرآیند رسوب بخار شیمیایی (CVD)، رسوبات نه تنها بر روی سطح ویفر، بلکه بر روی اجزای داخل محفظه فرآیند و دیواره‌های آن نیز تشکیل می‌شوند. برای حفظ شرایط فرآیند پایدار و جلوگیری از آلودگی ذرات ویفرها، فیلم‌های رسوب‌شده روی قطعات باید مرتباً برداشته شوند. بیشتر اتاق‌های CVD از گازهای واکنش شیمیایی مبتنی بر فلوئور برای تمیز کردن استفاده می‌کنند.

در محفظه‌های CVD اکسید سیلیکون، تمیز کردن پلاسما معمولاً شامل گازهای فلوئوروکربن مانند CF4، C2F6 و C3F8 می‌شود که در پلاسما تجزیه می‌شوند و رادیکال‌های فلوئور را آزاد می‌کنند. واکنش های شیمیایی به صورت زیر نشان داده می شود:

·e- + CF4 -> CF3 + F + e-

· e- + C2F6 -> C2F5 + F + e-

اتم‌های فلوئور که از واکنش‌پذیرترین رادیکال‌ها هستند، به سرعت با اکسید سیلیکون واکنش می‌دهند تا SiF4 گازی را تشکیل دهند که به راحتی می‌توان آن را از محفظه تخلیه کرد:

·F + SiO2 -> SiF4 + O2 + سایر محصولات فرّار

محفظه های تنگستن CVD معمولا از SF6 و NF3 به عنوان منابع فلوئور استفاده می کنند. رادیکال های فلوئور با تنگستن واکنش می دهند و هگزافلوورید تنگستن فرار (WF6) تولید می کنند که می تواند از طریق پمپ های خلاء از محفظه تخلیه شود. تمیز کردن محفظه پلاسما می تواند به طور خودکار با نظارت بر ویژگی های انتشار فلوئور در پلاسما خاتمه یابد و از تصفیه بیش از حد محفظه جلوگیری شود. این جنبه ها با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت.

2. پر کردن شکاف

هنگامی که شکاف بین خطوط فلزی با نسبت ابعاد 4:1 به 0.25 میکرومتر کاهش می یابد، اکثر تکنیک های رسوب CVD برای پر کردن شکاف ها بدون فضای خالی تلاش می کنند. CVD پلاسما با چگالی بالا (HDP-CVD) قادر است چنین شکاف های باریکی را بدون ایجاد فضای خالی پر کند (شکل زیر را ببینید). فرآیند HDP-CVD متعاقبا توضیح داده خواهد شد.

3. پلاسما اچینگ

در مقایسه با حکاکی مرطوب، اچ پلاسما مزایایی مانند پروفیل های اچ ناهمسانگرد، تشخیص خودکار نقطه پایانی، و مصرف مواد شیمیایی کمتر، همراه با نرخ بالای اچ معقول، گزینش پذیری خوب و یکنواختی را ارائه می دهد.

4. کنترل پروفایل های اچ

قبل از اینکه اچ پلاسما در تولید نیمه هادی ها رواج پیدا کند، اکثر فابریک های ویفر از اچ شیمیایی مرطوب برای انتقال الگو استفاده می کردند. با این حال، حکاکی مرطوب یک فرآیند همسانگرد است (اچ کردن با سرعت یکسان در هر جهت). هنگامی که اندازه ویژگی به کمتر از 3 میکرومتر کوچک می شود، اچ همسانگرد منجر به زیر برش می شود که کاربرد اچ مرطوب را محدود می کند.

در فرآیندهای پلاسما، یون ها به طور مداوم سطح ویفر را بمباران می کنند. چه از طریق مکانیسم های آسیب شبکه یا مکانیسم های غیرفعال سازی دیواره جانبی، اچ پلاسما می تواند به پروفایل های اچ ناهمسانگرد دست یابد. با کاهش فشار در طول فرآیند اچ می توان میانگین مسیر آزاد یون ها را افزایش داد و در نتیجه برخورد یون ها را برای کنترل بهتر پروفایل کاهش داد.

5. Etch Rate و Selectivity

بمباران یونی در پلاسما به شکستن پیوندهای شیمیایی اتم های سطحی کمک می کند و آنها را در معرض رادیکال های تولید شده توسط پلاسما قرار می دهد. این ترکیب از درمان فیزیکی و شیمیایی به طور قابل توجهی سرعت واکنش شیمیایی اچ را افزایش می دهد. نرخ اچ و گزینش پذیری توسط الزامات فرآیند دیکته می شود. از آنجایی که هم بمباران یونی و هم رادیکال‌ها نقش مهمی در اچ بازی می‌کنند، و توان RF می‌تواند بمباران یونی و رادیکال‌ها را کنترل کند، توان RF به یک پارامتر کلیدی برای کنترل نرخ اچ تبدیل می‌شود. افزایش توان RF می تواند به طور قابل توجهی نرخ اچ را افزایش دهد، که در جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت و همچنین بر گزینش پذیری تأثیر می گذارد.

6. تشخیص نقطه پایانی

بدون پلاسما، نقطه پایانی اچ باید توسط زمان یا بازرسی بصری اپراتور تعیین شود. در فرآیندهای پلاسما، همانطور که اچ در مواد سطح پیشرفت می کند تا شروع به اچ کردن مواد زیرین (نقطه پایانی) شود، ترکیب شیمیایی پلاسما به دلیل تغییر در محصولات فرعی اچ تغییر می کند که از طریق تغییر در رنگ انتشار مشهود است. با نظارت بر تغییر رنگ انتشار با حسگرهای نوری، نقطه پایانی اچ را می توان به طور خودکار پردازش کرد. در تولید آی سی، این یک ابزار بسیار ارزشمند است.**