Plasma-reactor walls interactions during etching processes by inductive discharge
Interactions entre les plasmas de gravure à couplage inductif et les parois du réacteur
Résumé
Plasma-reactor walls interactions during etching processes by an inductively coupled plasma are an important cause of process drift in the semiconductor industry. By using a simple technique based on X-ray photoelectron spectroscopy analyses of the reactor walls coating, we have investigated the mechanism responsible for the formation of a deposit on the reactor walls after metal gate stack etching processes, and the associated reactor cleaning strategies. We show that, in the most typical etch and clean processes, reactor walls are inevitably exposed to F-based plasma leading to the formation and accumulation of AlFx residues on the Al2O3 reactor walls, hence to process drifts. These residues can be removed by SiCl4 or BCl3 based plasmas. We have also investigated a new cleaning/conditioning strategy of plasma etching reactors, in which the chamber walls are coated by a carbon-rich film between each wafer, allowing reproducible processing conditions to be achieved while preventing the AlFx issue. The influence of the reactor wall composition on the chemistry of chlorine-based plasmas is studied by numerous plasma diagnostic techniques and the importance of the cycling of etch by-products between the reactor walls and the gas phase is highlighted.
Les interactions entre les plasmas créés par couplage inductif et les parois du réacteur sont responsables du manque de reproductibilité des procédés de gravure par plasma auquel est confrontée l'industrie microélectronique. Nous avons mis en évidence le mécanisme global de formation des dépôts sur les parois du réacteur pendant la gravure de divers matériaux grâce à une technique d'analyse des parois basée sur la spectroscopie de photoélectrons X. L'utilisation de plasmas à base de fluor est inévitable pour retirer ces dépôts et ainsi obtenir une reproductibilité satisfaisante, mais elle conduit à la formation de matériau AlFx sur les parois en Al2O3 des réacteurs - et ainsi à des dérives de procédés - à moins de lui associer un nettoyage par plasma à base de SiCl4 (ou de BCl3). Nous avons également étudié une stratégie de conditionnement des parois du réacteur avec du carbone qui permet d'améliorer la reproductibilité des procédés de gravure tout en supprimant le problème d'apparition de l'AlFx. L'impact de la nature chimique des parois du réacteur sur la physico-chimie des plasmas à base de chlore est détaillé et le rôle majeur du recyclage des espèces sur les parois du réacteur est mis en évidence.