在自发和等离子体硅腐蚀

主要技术用于腐蚀过程描述和监测光学光谱和质谱分析。虽然很有必要在生产环境中,因为他们的非侵入性的性质,光学技术只适用于特定情况下,不能解决所有化学和材料。欧洲杯足球竞彩

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质谱分析相比之下,是一个功能强大的技术,任何过程气体分析。仔细考虑压力的差异,反应时间尺度和流程对集成质谱仪至关重要。以前,这些约束解决了使用四极质谱仪(残余气体分析仪,rga)。随着半导体产业包含更加材料在高度复杂的栈下一代芯片的设计,然而,情况是由有限的质量范围和低质量分辨率和灵敏欧洲杯足球竞彩度的rga他们只是不再能够掌握集成的挑战。

这个过程从TOFWERK气体分析仪

的pgaTOF TOFWERK电子电离飞行时间质谱仪和克服rga的局限性是专门开发的。同时检测电离物种与同位素决议,大于105动态范围和质量光谱采集率高达1000赫兹pgaTOF提供的。为了指导过程控制行动,通知情报分析和过程,所有过程气体和蚀刻产品监控。优化流量和比率、监控衬底温度,或从最优条件或故障检测过程偏移都包含在工艺条件的直接修改。

自发的和等离子体增强的蚀刻硅

两个研究,semiconductor-relevant化学研究在这个概念验证腐蚀试验pgaTOF——首先,自发的Si XeF蚀刻₂第二个等离子蚀刻硅的CF₄/ O₂化学。

通过~ 1米风箱,pgaTOF反应堆是连接的过程。pgaTOF是直接连接到反应器室自发的腐蚀情况。pgaTOF连接在粗糙的泵的水平等离子体蚀刻系统。压力变化过程大约3 - 400毫托(≈mbar),样品温度从20 C刚刚超过200 C。

XeF预期的腐蚀反应₂和CF₄/ O₂条件如下所示。重要的是要注意,非易失性碳化合物积累在样品表面在一个纯粹的CF₄等离子体,阻碍表面化学和生成低腐蚀率和粗糙表面。添加啊₂腐蚀气体的结果在这些非易失性化合物的反应和公司的形成₂,大大增加了腐蚀速率。

自发的蚀刻XeF Si₂

如果与XeF蚀刻₂
(1)XeF₂- > XeF + F - > Xe + F₂;如果F + 2₂- > SiF₄

等离子体蚀刻在一个CF₄和CF₄/ O₂化学

下面,如果腐蚀反应显示为一个纯粹的CF₄等离子体(2)和(3)CF₄/ O₂混合物
(2)如果+ CF₄- > SiF₄+ C
(3)如果+ CF₄+ O₂- > SiF₄+有限公司₂

实验结果

自发的腐蚀与XeF Si₂

如果样品(3厘米²)插入一个原子层沉积(ALD)反应堆,装有XeF₂与可变脉冲源能力和使用基于“增大化现实”技术作为载气。

图1显示所有相关XeF物种及其时间变化₂介绍了脉冲反应堆。

在图2中相同的数据,可以看到不同的脉冲宽度。

图2所示的数据详细分析显示,实时优化的腐蚀气体通量和产生的副产品是可能的。这个指出的能力来确定最优时间需要清洗的副产品启动下一个过程周期之前,这是类似于“肾上腺脑白质退化症”的情况下,更重要的是在一个原子层蚀刻过程。

此外,检测从etch-rate-limited模式过渡到loading-limited条件是允许在过程开发和优化。重要的是要注意,大信号计数测量所有物种,尽管非常小的样本容量。腐蚀率明显小于每秒一个单层预计这些工艺条件,在此基础上以前的结果和文献发表的化学腐蚀。最后,飞行时间技术的pgaTOF所有化合物——是否提前知道——记录并存储为离线分析、理解和取证。

图1所示。自发与XeF硅的腐蚀₂。图1(上)和1 b(底部)的时间演化最丰富的物种作为脉冲模式介绍了腐蚀气体(100 ms和0.5 mbar Ar的载气)。图片来源:TOFWERK

图2。自发与XeF硅的腐蚀₂显示信号的时间变化最丰富的物种不同持续时间的腐蚀气体介绍使用脉冲(0.5 mbar Ar载气)。图片来源:TOFWERK

反应离子刻蚀硅的CF₄/ O₂化学

下游微波等离子体腐蚀装置和一个标准的反应离子腐蚀室(RIE)被用来进行这些实验。只在两种情况下cm-sized Si底物被利用。不同的压力和衬底温度。被用来执行这些运行使用纯粹的CF₄和CF₄/ O₂腐蚀混合物。

图3显示了一个纯粹的CF典型的低质量数据₄RIE腐蚀。收集到的谱密度与山峰,尽管简单的化学腐蚀和最基本的底物。

图4描述了时间依赖性与等离子质谱相关物种的开启和关闭,O₂CF的内容₄等离子体增强。

图3。图3显示了典型的频谱在Si腐蚀运行在一个纯粹的CF₄等离子体(400 W、100 sccm CF₄)。图片来源:TOFWERK

图4。图4显示了时间等离子体蚀刻产品物种的进化发生在一个CF₄RIE过程展示的效果₂除了在腐蚀率。。(上)功率:400 W, 100 sccm CF₄,变量的O₂(0,20 sccm), b。(底部)功率:400 W、100 sccm CF₄,变量的O₂(0、20、40和60 sccm)。图片来源:TOFWERK

可以大大提高蚀刻产品的丰富O₂内容,如预期,但最终达到最大值~ 40 sccm(图3 b),除此之外的价值开始下降由于稀释活性物种。进一步注意感兴趣的是,由于小的变化₂流速,测量振荡在蚀刻产品信号可以观察到它成为重要的超越最优O₂浓度(max腐蚀率)和旅行到活性物种缺乏政权。这种行为可能不是关键在厚层蚀刻但需要纠正在处理纳米设备。

pgaTOF记录所有化合物和同位素分布质量精度高

甚至最简单的化学腐蚀(即。,如果在一个CF₄等离子体)生成复杂的质谱任务观察到的峰值并不总是简单的,甚至可能,已经证明在本原理的例子。

因此,重要的是说明了挑战识别达到47届,如图3中强调在红色圆圈内,到一个特定的腐蚀气体或产品种类。唯一可能的物种应该组合输入腐蚀气体和衬底原子成分、C、F,如果纯CF₄等离子体化学和衬底。

SiF的蚀刻产品⁺在46.974 (383 ppm质量偏离测量峰值)作为一个可能的任务是提供的组合仪功能的使用pgaTOF的软件。然而,完整的质量谱收购促进小而可衡量的O的检测₂信号扩展了可能的物种含氧化合物。

组成仪给我们财务总监⁺46.992 (0.2 ppm质量偏差测量峰值)作为另一个比赛。

更好地理解的化学腐蚀,分配正确的形式达到47届在本例中是最重要的,更重要的是,是确定关键过程完整性是否可接受;SiF⁺作为一个预期腐蚀产品但首席财务官⁺一个意想不到的杂质相关规定的形式。

图5凝结这些结果。同位素分布是两个可能的物种及其匹配检查实验模式,以进一步提高作业质量。两个物种的同位素分布由图5所示。很明显,只有首席财务官⁺提供了一个良好的视觉匹配。

建立了这两个关键的观察,达到~ 47届因此可以明确地分配给财务总监⁺,它可以表示一个可能的泄漏(O₂流量计或外部)或其他污染来源。

图5。识别在47届频谱峰值期间获得硅蚀刻在一个纯粹的CF₄等离子体使用仪器的质量精度高(左面板)和测量同位素分布峰值与预期位置的两种可能的物种(右面板)。图片来源:TOFWERK

结论

最后,连接移动pgaTOF仪器的腐蚀反应堆以微创的方式已被证实能提供重要的见解,即使是最简单的化学蚀刻过程(CF₄/ O₂),最基本的衬底(Si)。

所有挥发性化合物与高质量的实时监测的准确性和敏感性和次秒级检测过程变化的证明。明确的物种的任务,pgaTOF的能力来衡量质量非常高的精度和分辨率被证明是至关重要的。在线健康评估反应堆和离线数据分析流程优化和故障分析促成了所有物种固有的测量。

这些信息已经采购,审核并改编自TOFWERK提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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