De rol van zwavelhexafluoride bij het etsen van siliciumnitride

Zwavelhexafluoride is een gas met uitstekende isolerende eigenschappen en wordt vaak gebruikt bij het blussen van hoogspanningsbogen en in transformatoren, hoogspanningsleidingen, enzovoort. Naast deze toepassingen kan zwavelhexafluoride echter ook als elektronisch etsmiddel worden gebruikt. Elektronisch zuiver zwavelhexafluoride is een ideaal elektronisch etsmiddel dat veelvuldig wordt toegepast in de micro-elektronica. Vandaag bespreekt Niu Ruide, redacteur van de rubriek 'Special Gas', de toepassing van zwavelhexafluoride bij het etsen van siliciumnitride en de invloed van verschillende parameters.

We bespreken het SF6-plasma-etsingsproces van SiNx, inclusief het variëren van het plasmavermogen, de gasverhouding SF6/He en de toevoeging van het kationische gas O2. We bespreken de invloed hiervan op de etssnelheid van de SiNx-beschermingslaag van TFT's en analyseren met behulp van een plasmaspectrometer de concentratieveranderingen van elke soort in SF6/He- en SF6/He/O2-plasma, evenals de dissociatiesnelheid van SF6. Tevens onderzoeken we het verband tussen de verandering in de etssnelheid van SiNx en de plasmaconcentratie van de verschillende soorten.

Uit onderzoek is gebleken dat de etssnelheid toeneemt wanneer het plasmavermogen wordt verhoogd; als de stroomsnelheid van SF6 in het plasma wordt verhoogd, neemt de concentratie van F-atomen toe en is deze positief gecorreleerd met de etssnelheid. Bovendien zal het toevoegen van het kationische gas O2 bij een vaste totale stroomsnelheid de etssnelheid verhogen, maar bij verschillende O2/SF6-stroomverhoudingen treden er verschillende reactiemechanismen op, die in drie categorieën kunnen worden verdeeld: (1) Bij een zeer kleine O2/SF6-stroomverhouding kan O2 de dissociatie van SF6 bevorderen, waardoor de etssnelheid in dit geval hoger is dan zonder toevoeging van O2. (2) Wanneer de O2/SF6-stroomverhouding groter is dan 0,2 en de waarde 1 benadert, is de etssnelheid het hoogst vanwege de grote hoeveelheid dissociatie van SF6 tot F-atomen; Maar tegelijkertijd neemt ook het aantal O-atomen in het plasma toe en is het gemakkelijk om SiOx of SiNxO(yx) te vormen met het SiNx-filmoppervlak. Hoe meer O-atomen er zijn, hoe moeilijker het voor de F-atomen zal zijn om deel te nemen aan de etsreactie. Daarom begint de etssnelheid af te nemen wanneer de O2/SF6-verhouding dicht bij 1 ligt. (3) Wanneer de O2/SF6-verhouding groter is dan 1, neemt de etssnelheid af. Door de grote toename van O2 botsen de gedissocieerde F-atomen met O2 en vormen ze OF, wat de concentratie van F-atomen vermindert, met als gevolg een afname van de etssnelheid. Hieruit blijkt dat bij toevoeging van O2 de beste etssnelheid wordt bereikt wanneer de stroomverhouding van O2/SF6 tussen 0,2 en 0,8 ligt.