CVD オペレーションにおけるプラズマ プロセス

1. チャンバーの洗浄

化学気相成長 (CVD) プロセス中に、ウェハの表面だけでなく、プロセス チャンバー内のコンポーネントやその壁にも堆積物が形成されます。安定したプロセス条件を維持し、ウェーハのパーティクル汚染を防ぐために、部品に堆積した膜を定期的に除去する必要があります。ほとんどの CVD チャンバーは、クリーニングにフッ素ベースの化学反応ガスを使用します。

酸化シリコン CVD チャンバーでは、通常、プラズマ クリーニングには CF4、C2F6、C3F8 などのフルオロカーボン ガスが使用されます。これらのガスはプラズマ内で分解し、フッ素ラジカルを放出します。化学反応は次のように表されます。

·e- + CF4 -> CF3 + F + e-

· e- + C2F6 -> C2F5 + F + e-

フッ素原子は最も反応性の高いラジカルの 1 つであり、酸化シリコンと急速に反応してガス状の SiF4 を形成します。このガスはチャンバーから簡単に排気できます。

·F + SiO2 -> SiF4 + O2 + その他の揮発性副生成物

タングステン CVD チャンバーは通常、フッ素源として SF6 と NF3 を使用します。フッ素ラジカルはタングステンと反応して揮発性六フッ化タングステン (WF6) を生成します。これは真空ポンプを介してチャンバーから排気できます。プラズマチャンバーのクリーニングは、プラズマ中のフッ素の放出特性を監視することで自動的に終了し、チャンバーの過剰な浄化を回避できます。これらの側面についてはさらに詳しく説明します。

2. ギャップフィル

金属線間のギャップが 4:1 のアスペクト比で 0.25 µm まで狭くなると、ほとんどの CVD 堆積技術ではボイドなくギャップを埋めるのに苦労します。高密度プラズマ CVD (HDP-CVD) は、ボイドを作ることなくこのような狭いギャップを埋めることができます (下図を参照)。 ＨＤＰ−ＣＶＤプロセスについては後述する。

3. プラズマエッチング

ウェット エッチングと比較して、プラズマ エッチングには、異方性エッチング プロファイル、自動終点検出、化学薬品の消費量の削減などの利点があり、さらに適度な高いエッチング速度、優れた選択性、均一性も備えています。

4. エッチングプロファイルの制御

プラズマエッチングが半導体製造に普及する前は、ほとんどのウェーハ製造工場ではパターン転写に湿式化学エッチングが使用されていました。ただし、ウェット エッチングは等方性プロセス (どの方向でも同じ速度でエッチングする) です。フィーチャ サイズが 3 µm 未満に縮小すると、等方性エッチングではアンダーカットが発生し、ウェット エッチングの適用が制限されます。

プラズマプロセスでは、イオンがウェーハ表面に継続的に衝突します。格子損傷メカニズムまたは側壁不動態化メカニズムのいずれによっても、プラズマ エッチングは異方性のエッチング プロファイルを実現できます。エッチングプロセス中に圧力を下げることにより、イオンの平均自由行程が増加し、それによってイオンの衝突が減少し、プロファイル制御が向上します。

5. エッチング速度と選択性

プラズマ中のイオン衝撃は、表面原子の化学結合を破壊するのに役立ち、表面原子をプラズマによって生成されたラジカルにさらします。この物理的処理と化学的処理の組み合わせにより、エッチングの化学反応速度が大幅に向上します。エッチング速度と選択性はプロセス要件によって決まります。イオン衝撃とラジカルの両方がエッチングにおいて重要な役割を果たし、RF 電力はイオン衝撃とラジカルを制御できるため、RF 電力はエッチング速度を制御するための重要なパラメーターになります。 RF 電力を増加すると、エッチング速度が大幅に向上する可能性があり、これについてはさらに詳しく説明しますが、選択性にも影響します。

6. エンドポイントの検出

プラズマを使用しない場合、エッチングの終点は時間またはオペレーターの目視検査によって決定する必要があります。プラズマプロセスでは、表面材料のエッチングが進行して下層（終点）材料のエッチングが開始されると、発光色の変化を通じて明らかな、エッチング副生成物の変化によりプラズマの化学組成が変化します。発光色の変化を光学センサーで監視することで、エッチングの終点を自動処理できます。 IC 製造において、これは非常に価値のあるツールです。**