Modelagem dos processos químicos em plasmas de misturas gasosas usadas na corrosão de silício. Parte 2: SF6 / O2

Abstract

In this work, a numerical modeling analysis of the gas-phase decomposition of SF 6 / O 2 mixtures, in the presence of silicon, was performed. The relative importance of individual processes and the effect of the parameters' uncertainties were determined. The model was compared with experimental data for the plasma etching of silicon and with the calculated results for the CF 4 / O 2 system. In both systems the main etching agent is the fluorine atom and the concentration of the major species depends on the composition of the mixture. The etching rate is greater for SF 6 / O 2 .Keywords: plasma etching; numerical modeling; SF 6 decomposition. ARTIGO INTRODUÇÃOOs processos de corrosão em plasma são muito utilizados na fabricação de filmes semicondutores, nas indústrias de microfabricação e microeletrônica 1 . Contudo, o rápido progresso dessa área teve uma base completamente empírica, já que os processos que ocorrem nestes sistemas são muito complexos e se torna difícil o desenvolvimento de modelos que possam prever ou explicar os resultados observados para um determinado conjunto de condições de contorno.Como mencionado num trabalho prévio 2 , alguns compostos fluorados são muito utilizados: em baixas pressões, estes gases são dissociados para formar radicais neutros e iônicos, que difundem ou são acelerados em direção à superfície do semicondutor, onde são adsorvidos. Tanto na superfície como na fase gasosa, acontecem recombinações formando gases estáveis. Como mostrado na Referência 2, o silício é rapidamente corroído por plasmas de CF 4 e CF 4 /O 2 , com a produção de tetrafluoreto de silício. Outros agentes de corrosão utilizados são o NF 3 , SF 6 e substâncias cloradas e bromadas. Além do silício, são utilizados outros materiais semicondutores, como o óxido de silício, silicatos de materiais refratários, germânio, tungstênio e materiais poliméricos.Uma descrição detalhada do processo de corrosão envolveria a consideração da distribuição de energia dos elétrons, variações da densidade eletrônica no tempo e no espaço, interações íon-elétron, elétron-espécies neutras, íon-espécies neutras e íon-íon, das reações químicas na fase gasosa e dos processos heterogêne-os gás-superfície. A solução e interpretação do problema se torna difícil e com um custo computacional imenso.Por esta razão, a abordagem mais utilizada é a descrição detalhada de uma parte do processo e a parametrização ou tratamento simplificado dos outros aspectos. Alguns autores têm concentrado os seus esforços na descrição dos processos físi-cos no reator, tais como a distribuição de energia das partícu-las que interagem com a superfície do substrato e a evolução temporal e espacial da velocidade de corrosão 3,4 . Outros autores têm dado ênfase aos processos químicos, em particular na fase gasosa. Nos últimos anos, foi dedicada grande atenção ao estudo da química de plasmas de CF 4 /O 2 e SF 6 /O 2 5-20 . Nesses trabalhos, são propostos modelos químicos de diversas complexidades, mas não é feita uma análise da sensibilidade do modelo aos parâmetros ...