Nederlands
Menu

CCP versus ICP: plasmaopwekking, dichtheid, ionenenergie en toepassingen

Beide wekken een plasma op door gas met RF-vermogen te ioniseren, maar ze verschillen in hoe het vermogen naar het plasma wordt overgedragen. CCP legt een RF-spanning aan tussen twee tegenover elkaar liggende elektroden en versnelt elektronen met het elektrische veld. ICP stuurt een RF-stroom door een spoel en versnelt elektronen met het geïnduceerde elektrische veld dat door het veranderende magnetische veld ontstaat, waardoor bij lage druk een plasma met hoge dichtheid kan worden gemaakt. ICP heeft een aparte biasvoeding aan de waferzijde, zodat plasmadichtheid en ionenenergie afzonderlijk zijn in te stellen.

KenmerkCCP (capacitief gekoppeld plasma)ICP (inductief gekoppeld plasma)
PlasmaopwekkingEen RF-spanning op parallelle plaatelektroden; het elektrische veld tussen de elektroden versnelt de elektronenEen RF-stroom door een spoel; het geïnduceerde elektrische veld versnelt de elektronen
Opbouw van het systeemTwee elektroden boven en onder tegenover elkaar. De wafer ligt op een van de elektrodenEen spoel buiten een diëlektrisch venster (erboven of eromheen), met een aparte biasvoeding op de wafertafel
Plasmadichtheid (typische waarden)Gemiddeld. Ongeveer 10⁹ tot 10¹⁰ cm⁻³Hoog. Ongeveer 10¹¹ tot 10¹² cm⁻³
Werkdruk (typische waarden)Meestal enkele Pa tot enkele tientallen PaLage druk van ongeveer 0,1 Pa tot enkele Pa
Regeling van dichtheid en ionenenergieMet één voeding veranderen dichtheid en self-bias samen als het vermogen omhoog gaat; moeilijk onafhankelijk te regelen. Met twee frequenties worden de taken verdeeldDichtheid met het spoelvermogen, ionenenergie met het biasvermogen aan de waferzijde; eenvoudig afzonderlijk in te stellen
IonenenergieGrote self-bias, hoge ionenenergie gemakkelijk te bereikenMet een lagere bias kunnen veel ionen met lage energie worden ingestraald; schade is eenvoudig te beperken
Dissociatie van het gasRelatief weinig. Bronmoleculen en hun fragmenten blijven gemakkelijk overVeel. Het gas wordt goed afgebroken; veel radicalen en ionen
Sterk in etsen vanIsolatielagen zoals oxide en low-k-lagen. Selectiviteit via sterk ionenbombardement en fluorkoolstofpolymeer. Contactgaten met hoge aspectverhoudingSnel en sterk anisotroop etsen van silicium (gates en isolatietrenches), metalen (zoals aluminium interconnect) en verbindingshalfgeleiders
Toepassing bij depositiePlasma-CVD (PECVD) met parallelle platen. De filmspanning wordt ingesteld via de verhouding tussen hoog- en laagfrequent vermogenHogedichtheidsplasma-CVD (HDP-CVD). Tijdens de depositie wordt de opening van de trench met ionensputteren weggeëtst om smalle trenches te vullen
SysteemopbouwRelatief eenvoudig. Elektroden en een RF-voedingSpoel, diëlektrisch venster, twee voedingen enzovoort nodig; iets complexer

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

CCP
Etsen van isolatielagen zoals oxide, nitride en low-k-lagen. Bijvoorbeeld diepe contactgaten waarvoor hoge ionenenergie en selectiviteit via polymeer nodig zijn. Plasma-CVD met parallelle platen.
ICP
Snel en sterk anisotroop etsen van silicium en metalen. Wanneer een plasma met hoge dichtheid bij lage ionenenergie gewenst is om schade te beperken. HDP-CVD voor het vullen van smalle trenches.
Trend
Ook bij CCP worden systemen met twee frequenties veel gebruikt, waarbij een hoge frequentie de dichtheid en een lage frequentie de ionenenergie voor zijn rekening neemt, om de zwakte van de moeilijke onafhankelijke regeling te compenseren.

Veelgestelde vragen

Waarom kunnen bij ICP plasmadichtheid en ionenenergie afzonderlijk worden geregeld?

Omdat de voeding van de spoel die het plasma opwekt en de voeding die bias op de wafer zet gescheiden zijn. Met het spoelvermogen wordt de plasmadichtheid ingesteld, en met het RF-vermogen aan de waferzijde de self-bias en de ionenenergie.

Waarom wordt CCP vaak gebruikt voor het etsen van oxide?

SiO2 heeft sterke bindingen en het etsen vergt hoge ionenenergie. CCP bereikt gemakkelijk een grote self-bias en de dissociatie van het gas is relatief gering, waardoor met fluorkoolstofpolymeer eenvoudig selectiviteit ten opzichte van onderliggend nitride of silicium kan worden verkregen.

Worden CCP en ICP ook buiten etsen gebruikt?

Ja. CCP met parallelle platen wordt veel gebruikt in plasma-CVD-systemen (PECVD), en plasma's met hoge dichtheid zoals ICP worden gebruikt voor HDP-CVD, waarbij depositie en sputteren tegelijk plaatsvinden om smalle trenches te vullen.

Test uw begrip

Welke uitspraak over de kenmerken van etsapparatuur van het type inductief gekoppeld plasma (ICP) is juist?

  1. AEr wordt geen plasma gebruikt
  2. BMet een spoel wordt een plasma met hoge dichtheid opgewekt, waarbij plasmadichtheid en ionenenergie gemakkelijk afzonderlijk te regelen zijn
  3. CEr worden vloeibare chemische oplossingen gebruikt
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Met een spoel wordt een plasma met hoge dichtheid opgewekt, waarbij plasmadichtheid en ionenenergie gemakkelijk afzonderlijk te regelen zijn

Bij het ICP-type wordt met een inductief elektrisch veld, opgewekt door hoogfrequent vermogen door een spoel boven of rond de kamer, een plasma met een hoge dichtheid van 10¹¹ tot 10¹² cm⁻³ opgewekt, en aan de waferzijde wordt met een aparte hoogfrequente voeding een bias aangelegd. De plasmadichtheid (hoeveelheid radicalen en ionen) en de energie van de ionen die op de wafer vallen zijn gemakkelijk onafhankelijk in te stellen, en bij lage druk van enkele Pa of minder is snel en sterk anisotroop etsen mogelijk, zodat het veel wordt gebruikt voor het etsen van silicium en metalen.

Hoe heet het verschijnsel dat in bijvoorbeeld capacitief gekoppelde plasmaapparatuur de elektrode aan de waferzijde vanzelf een negatieve gelijkspanningspotentiaal krijgt en ionen naar de wafer versnelt?

  1. AHall-effect
  2. BSeebeck-effect
  3. CSelf-bias (zelfbias)
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Self-bias (zelfbias)

Bij een elektrode waarop hoogfrequent vermogen wordt gezet, stromen meer van de lichte, beweeglijke elektronen binnen dan ionen, zodat een elektrode die via een condensator is aangesloten gemiddeld een negatieve gelijkspanningspotentiaal krijgt (self-bias, enkele tientallen tot enkele honderden V). Door dit potentiaalverschil worden positieve ionen uit het plasma vrijwel loodrecht naar de wafer versneld, wat wordt gebruikt voor anisotroop etsen. Als het hoogfrequente vermogen wordt veranderd, verandert de self-bias en kan de ionenenergie worden bijgesteld.

Welke uitspraak over reactief ionenetsen (RIE) is juist?

  1. AEr wordt geëtst in een plasma van reactieve gassen met een combinatie van chemische reactie en ionenbombardement
  2. BDe wafer wordt in een chemische oplossing gedompeld om te etsen
  3. CHet waferoppervlak wordt met een polijstkussen weggeslepen
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Er wordt geëtst in een plasma van reactieve gassen met een combinatie van chemische reactie en ionenbombardement

RIE is een vorm van droog etsen die een chemische reactie met radicalen uit een plasma van reactieve gassen (fluorhoudend, chloorhoudend e.d.) combineert met bombardement door ionen die door een elektrisch veld worden versneld. Omdat de ionen loodrecht op de wafer invallen en de reactie op de bodem bevorderen, verloopt het etsen gemakkelijk in verticale richting en is een sterk anisotrope bewerking mogelijk. Anders dan de naam doet vermoeden wordt niet alleen met ionen geëtst; het synergetische effect met radicalen is essentieel.

  1. Wat is nodig om een oxidefilm te etsen en te laten stoppen bij de nitridefilm eronder?
  2. Waarom wordt hoogdichtheids-plasma-CVD (HDP-CVD) gebruikt voor het opvullen van smalle sleuven met isolatiemateriaal?
  3. Welke methode wordt gebruikt om de spanning van plasma-CVD-siliciumnitride af te stellen van drukspanning tot trekspanning?

Oefenvragen over Etsen

Belangrijke termen uitgelegd

ICP (inductief gekoppeld plasma)
Methode om een plasma met hoge dichtheid op te wekken door hoogfrequente stroom door een spoel te sturen. De plasmadichtheid en de energie van de ionen die de wafer bereiken zijn gemakkelijk afzonderlijk te regelen.
Self-bias
Verschijnsel in capacitief gekoppelde plasmareactoren waarbij de elektrode aan de waferzijde vanzelf een negatieve gelijkspanning krijgt. Positieve ionen worden naar de wafer versneld, wat helpt bij anisotroop etsen.
RIE (reactief ionenetsen)
Droog etsen waarbij reactieve deeltjes uit het plasma worden gecombineerd met door een elektrisch veld versnelde ionen. Maakt verticaal anisotroop etsen mogelijk.
HDP-CVD (high-density plasma CVD)
CVD met een plasma van hoge dichtheid waarbij tijdens het afzetten tegelijk door ionensputteren de laag aan de ingang van sleuven wordt weggenomen. Is gebruikt om smalle sleuven met een isolatiefilm te vullen zonder holtes.
PECVD (plasma-enhanced CVD)
CVD waarbij het brongas door plasma wordt ontleed om een film af te zetten. Kan bij een lagere temperatuur dan thermische CVD en wordt gebruikt voor onder meer isolatiefilms in het metallisatieproces.

Verwante vergelijkingen