A model of the chemical processes occurring in CF4/O2 discharges used in plasma etching

Plumb, I. C.; Ryan, K. R.

doi:10.1007/bf00575129

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“…Muitos destes processos são ainda pouco conhecidos do ponto de vista teórico, e muito do conhecimento atual a respeito desses sistemas é puramente empírico. O crescente interesse na compreensão dos fenômenos envolvidos motivou numerosos estudos [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19] sobre a química de misturas de CF 4 /O 2 e SF 6 /O 2 .…”

Section: Introductionunclassified

Modelagem dos processos químicos em plasmas de misturas gasosas usadas na corrosão de silício. Parte 1: CF4 / O2

Bauerfeldt¹,

Arbilla²

1998

Quím. Nova

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compounds has technological interest. Presently, considerable effort is being devoted to understand the chemistry involved. In this work, a numerical modeling analysis of the gas-phase decomposition of CF 4 /O 2 mixtures, in the presence of silicon, was performed. The relative importance of individual processes was determined as well as the effect of the parameters' uncertainties. The results were compared with experimental data. The main etching agent in the system is the fluorine atom. The concentration of the main species, SiF 4 , CO, CO 2 and COF 2 depend on the composition of the mixture.Keywords: plasma etching; numerical modeling; CF 4 decomposition. ARTIGO INTRODUÇÃOOs processos de corrosão em plasma são amplamente utilizados nas indústrias de semicondutores e microfabricação 1 . Nesses processos, um gás é decomposto na região de descarga, formando espécies altamente reativas, como radicais e átomos, que posteriormente interagem com o substrato, formando compostos voláteis ou, através de processos de adsorção e reação, dando filmes finos. Compostos fluorados, como CF 4 e SF 6 são muito utilizados na corrosão de silício em plasmas a baixas pressões. Esses sistemas são muito complexos e envolvem uma série de processos elementares que acontecem simultaneamente, como a química em fase gasosa de moléculas, átomos, radicais e espécies excitadas, o transporte de espécies, interações gás-superfície, dissociação por impacto de elétrons e química de espécies carregadas. Muitos destes processos são ainda pouco conhecidos do ponto de vista teórico, e muito do conhecimento atual a respeito desses sistemas é puramente empírico. O crescente interesse na compreensão dos fenômenos envolvidos motivou numerosos estudos 2-19 sobre a química de misturas de CF 4 /O 2 e SF 6 /O 2 .A complexidade dos processos mencionados acima torna muito difícil a implementação e solução de um modelo completo para explicar os resultados experimentais. Uma descrição detalhada do processo de corrosão requer, como mencionado acima, conhecimento da densidade eletrônica, a distribuição de energia dos elétrons e espécies químicas, as interações íon-elé-tron, elétron-espécies neutras, íons-espécies neutras e íon-íon, as reações químicas homogêneas e heterogêneas e as interações gás-superfície. A densidade e distribuição de energia variam no tempo e no espaço, o que torna a solução do problema muito complicada e com um custo computacional imenso. Alguns aspectos químicos estão, também, bastante sujeitos a incerteza, particularmente as velocidades de dissociação por impacto de elétrons e as constantes de velocidade das reações heterogêneas e de espécies carregadas. Por isso, diferentes autores adotaram aproximações diferentes ao problema, utilizando submodelos que descrevem um ou alguns dos aspectos do sistema, que pretendem ser explicados, e parametrizando de forma razoável os outros processos. Assim, alguns trabalhos recentes abordam a aná-lise dos fenômenos físicos de transporte de espécies e distribuição de energia dentro do reator 16,17 , enquant...

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Section: Introductionunclassified

Modelagem dos processos químicos em plasmas de misturas gasosas usadas na corrosão de silício. Parte 1: CF4 / O2

Bauerfeldt¹,

Arbilla²

1998

Quím. Nova

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“…The main reactions are with SF 2 , SF 4 and SF 5 , which take account for 80%-90% of fluorine consumption, depending on the distance of the discharge origin. The recombination reaction to give gaseous F 2 represents about 10% in the origin of the plasma region and less than 8% in the middle of the reactor.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

“…Both Table 2 and Figure 2 show that the main sink of atomic fluorine is the molecular gas phase recombination. Figures 3a and 3b show the sensitivity coefficients for the main SF 5 and SF 2 reactions. (Figure 3a) it is shown that, at the origin of the plasma region the main source of SF 5 radicals is the dissociation of SF 6 , reaction 1.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

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

Bauerfeldt¹,

Arbilla²

2000

J. Braz. Chem. Soc.

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Neste trabalho é realizada a simulação numérica da decomposição em fase gasosa de SF 6 e misturas de SF 6 /O 2 , na presença de silício. São determinadas as velocidades relativas dos processos individuais, o efeito da incerteza dos parâmetros e os coeficientes de sensibilidade. Os resultados são comparados com dados experimentais encontrados na literatura e resultados calculados previamente para a corrosão do silício, a fim de ajustar os parâmetros do modelo. À semelhança do que acontece com o CF 4 , o principal agente de corrosão é o flúor atômico e a concentração das principais espécies envolvidas depende da composição da mistura. A forma das curvas de sensibilidade segue o formato geral das curvas que representam a velocidade dos processos individuais e a relação entre os coeficientes de sensibilidade calculados para as diferentes etapas de reação é uma medida da contribuição de cada uma ao processo total.In this work, a numerical modelling analysis of the gas-phase decomposition of pure SF 6 and SF 6 /O 2 mixtures, in the presence of silicon was performed. The relative rate of individual processes, the effect of the parameters uncertainties and the sensitivity coefficients were determined. The results were compared with literature experimental data for the plasma etching of silicon and with previous simulated results to adjust the model parameters. As in the CF 4 system, the main etching agent is atomic fluorine and the concentration of the major species depends on the composition of the mixture. The shape of the sensitivity curves follows the general shape of the individual rate curves and the ratio between the calculated sensitivity coefficients is closely related to the contribution of each reaction.

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“…The observed increase in fluorine atom concentration in gas feed mixtures rich in CF 4 has been proposed to be the result of either the reaction between oxygen and the dissociated products of CF 4 or the reaction between electronically excited metastable oxygen molecules and CF 4 [52,53]. The authors [54] reported a model to explain the products which are observed downstream from a CF 4-O 2 plasma.…”

Section: Etching Of Thin Polymer Filmsmentioning

confidence: 99%

Microfabrication Techniques for Plastic Microelectromechanical Systems (MEMS)

Mastrangelo¹

2003

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Modelagem dos processos químicos em plasmas de misturas gasosas usadas na corrosão de silício. Parte 1: CF4 / O2

Modelagem dos processos químicos em plasmas de misturas gasosas usadas na corrosão de silício. Parte 1: CF4 / O2

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

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