Die Rolle von Schwefelhexafluorid beim Ätzen von Siliziumnitrid

Schwefelhexafluorid ist ein Gas mit hervorragenden Isolationseigenschaften und wird häufig zur Lichtbogenlöschung bei Hochspannung sowie in Transformatoren, Hochspannungsleitungen usw. eingesetzt. Neben diesen Anwendungen kann Schwefelhexafluorid auch als Ätzmittel für Elektronik verwendet werden. Hochreines Schwefelhexafluorid in Elektronikqualität ist ein ideales Ätzmittel und findet breite Anwendung in der Mikroelektronik. Heute stellt Yueyue, Fachredakteurin für Gase bei Niu Ruide, die Anwendung von Schwefelhexafluorid beim Ätzen von Siliziumnitrid und den Einfluss verschiedener Parameter vor.

Wir diskutieren den SF6-Plasmaätzprozess für SiNx, einschließlich der Änderung der Plasmaleistung, des Gasverhältnisses von SF6/He und der Zugabe des kationischen Gases O2, und erörtern deren Einfluss auf die Ätzrate der SiNx-Elementschutzschicht von TFTs. Mithilfe eines Plasmastrahlungsspektrometers analysieren wir die Konzentrationsänderungen der einzelnen Spezies im SF6/He- und SF6/He/O2-Plasma sowie die SF6-Dissoziationsrate und untersuchen den Zusammenhang zwischen der Änderung der SiNx-Ätzrate und der Konzentration der Plasmaspezies.

Studien haben gezeigt, dass mit steigender Plasmaleistung die Ätzrate zunimmt. Eine Erhöhung des SF6-Durchflusses im Plasma führt zu einer höheren F-Atomkonzentration, die positiv mit der Ätzrate korreliert. Die Zugabe des kationischen Gases O2 bei konstantem Gesamtdurchfluss erhöht die Ätzrate ebenfalls. Unterschiedliche O2/SF6-Durchflussverhältnisse beeinflussen die Reaktionsmechanismen und lassen sich in drei Bereiche unterteilen: (1) Bei sehr geringem O2/SF6-Durchflussverhältnis fördert O2 die Dissoziation von SF6, wodurch die Ätzrate höher ist als ohne O2-Zugabe. (2) Bei einem O2/SF6-Durchflussverhältnis zwischen 0,2 und 1 ist die Ätzrate aufgrund der starken Dissoziation von SF6 zu F-Atomen am höchsten. Gleichzeitig steigt jedoch auch die Anzahl der O-Atome im Plasma, wodurch sich leicht SiOx oder SiNxO(yx) mit der SiNx-Filmoberfläche bilden kann. Je mehr O-Atome vorhanden sind, desto schwieriger wird die Ätzreaktion für die F-Atome. Daher beginnt die Ätzrate zu sinken, wenn das O₂/SF₆-Verhältnis nahe 1 liegt. (3) Bei einem O₂/SF₆-Verhältnis über 1 nimmt die Ätzrate ab. Aufgrund des starken Anstiegs von O₂ kollidieren die dissoziierten F-Atome mit O₂ und bilden OF, wodurch die Konzentration der F-Atome sinkt und die Ätzrate abnimmt. Daraus lässt sich schließen, dass bei Zugabe von O₂ ein O₂/SF₆-Flussverhältnis zwischen 0,2 und 0,8 die beste Ätzrate erzielt wird.