A Mathematical Model for Etching of Silicon Using  CF 4 in a Radial Flow Plasma Reactor

Abstract

A mathematical model for plasma etching of silicon using tetrafluoromethane in a radial flow reactor was developed. Finite element methods were employed to calculate the two-dimensional flow, temperature, and species concentration fields. Etching rate and uniformity were studied as a function of reactor operating conditions, including the effect of flow direction. For the parameter values examined, the etching rate increased monotonically with flow rate. For low substrate temperature (298 K), inward flow resulted in higher etching rate as compared to outward flow, but the trend reversed at higher temperature. For flow rates greater than 200 sccm, outward flow with a uniform electron density distribution gave the best uniformity results. A one-dimensional radial dispersion approximation was used to study the effect of squarewave power modulation (pulsed-plasma reactor). The etching rate increased with decreasing pu]ise period and with increasing duty cycle. Under conditions which would result in high depletion of the precursor gas in a continuous-wave reactor (e.g., for low flow rates), the pulsed-plasma reactor can offer substantial improvement in uniformity without sacrificing the etching rate.

Kinetic analysis of the chemical processes in the decomposition of gaseous dielectrics by a non-equilibrium plasma - part 2: SF6 and SF6/O2

“…As discussed in that work, models for the plasma chemistry of SF 6 /O 2 and CF 4 /O 2 mixtures have been extensively investigated by different research groups [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19] . These processes are extremely complex to be modelled and solved, considering all the homogeneous processes in the gas phase and the heterogeneous processes occurring at the gas-solid interface 20 .…”

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

“…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.…”

“…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.…”

“…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 envolvidos.…”

“…O principal objetivo deste trabalho é analisar criticamente os modelos existentes para misturas gasosas de SF 6 e O 2 determinando qual a influência dos parâmetros utilizados e qual a confiabilidade dos resultados e das conclusões obtidas. Um estudo similar já foi feito para misturas de CF 4 /O 2 2 .…”