Toestand waarin een gas is geïoniseerd en elektronen, ionen en radicalen (neutrale actieve deeltjes) door elkaar voorkomen. Wordt in veel processtappen gebruikt, zoals droog etsen, plasma-CVD en ashing.
Japanse benaming: プラズマ
“Plasma” komt voor in 50 oefenvragen uit 10 onderwerpen, bijv. Etsen, Laagafzetting (CVD, PVD), Procesmaterialen (gassen, chemicaliën).
Vakgebied: Etsen
Procesplasma's zijn zwak geïoniseerd: slechts een klein deel van de gasmoleculen is geïoniseerd, de rest bestaat uit neutrale moleculen en radicalen. Een aangelegd radiofrequent of microgolfveld versnelt de lichte elektronen tot energieën van enkele elektronvolts, en hun botsingen breken het gas op en ioniseren het, terwijl de zware ionen en neutrale deeltjes relatief koel blijven. Door deze niet-evenwichtstoestand kan chemie die anders honderden graden zou vereisen, verlopen op een koele wafer. Tussen het oplichtende plasma en elk oppervlak vormt zich een dunne sheath, waarvan het elektrische veld positieve ionen naar de wafer versnelt.
De twee actieve bestanddelen hebben elk een andere taak. Radicalen zijn elektrisch neutrale, chemisch reactieve fragmenten die alle kanten op bewegen en isotroop reageren. Ionen worden over de sheath versneld en treffen de wafer vrijwel loodrecht, wat fysische energie en richting toevoegt. Reactive ion etching combineert ze om verticale profielen te krijgen, en het Bosch-proces voor diep siliciumetsen gaat nog verder door om de paar seconden SF6-etsstappen af te wisselen met C4F8-passiveringsstappen; ionen verwijderen de passivering alleen op de bodem, wat trenches oplevert met aspectverhoudingen boven 20 en kleine golfjes in de zijwand, scallops genoemd.
Plasma komt overal in de fab voor. Plasma-CVD (PECVD) deponeert lagen bij ongeveer 300 tot 400 °C in plaats van de 600 tot 800 °C van thermische CVD, en high-density-plasma-CVD combineert depositie met ionensputteren om smalle openingen op te vullen. Magnetronsputteren houdt elektronen met magneten vast om een dicht argonplasma bij ongeveer 0,1 tot 1 Pa in stand te houden. Ashing met zuurstofplasma verwijdert fotoresist. Plasmanitridatie en radicaaloxidatie modificeren dunne diëlektrica bij lage temperatuur, plasmadoping implanteert doteringen bij energieën onder 1 keV, en ionenimplanters halen hun ionen uit een plasmabron.
Plasma's veroorzaken ook problemen. Lading die zich verzamelt op geïsoleerde gates of resist kan gateoxides van slechts enkele nanometers dik belasten; bij ionenimplantatie levert een plasma flood gun laagenergetische elektronen om deze lading te neutraliseren. Bombardement met energierijke ionen kan kristallen beschadigen, en PECVD-lagen bevatten meestal waterstof uit de precursors, waardoor hun kwaliteit lager is dan die van thermische CVD-lagen. Plasmadichtheid en gasstroom moeten uniform zijn over de wafer om ets- en depositiesnelheden gelijk te houden. Let op: het plasmadispersie-effect in siliciumfotonica verwijst naar vrije ladingdragers in een vaste stof, niet naar een gasontlading.
Antwoord: C. Plasmanitridering
Bij plasmanitridering wordt met stikstofplasma gemaakte actieve stikstof bij een relatief lage temperatuur van enkele honderden °C nabij het oppervlak van de oxidefilm ingebracht, zodat een oxynitridefilm (SiON) met ongeveer 10 tot 20% stikstof ontstaat. Omdat de stikstof aan de oppervlaktezijde geconcentreerd kan worden, wordt de doordringing van boor onderdrukt en de permittiviteit verhoogd om de EOT te verdunnen zonder de eigenschappen van het Si/SiO2-grensvlak (zoals mobiliteit) aan te tasten. Bij thermische nitridering (NO- en N2O-anneal) verzamelt stikstof zich aan het grensvlak.
Antwoord: B. Implantatie met lage energie en hoge dosis is gemakkelijk, en ook driedimensionale structuren kunnen relatief gelijkmatig worden gedoteerd
Plasma doping bestraalt, anders dan methoden met een gescande bundel, in één keer het hele waferoppervlak met ionen, zodat ook bij lage energie van 1 keV of minder een hoge dosis van 10¹⁵-10¹⁶ cm⁻² in korte tijd kan worden geïmplanteerd. Omdat ionen en radicalen uit allerlei richtingen aankomen, kunnen ook de zijkanten van driedimensionale structuren, zoals de vinnen van een FinFET, gemakkelijk worden gedoteerd. Aan de andere kant komen door het ontbreken van massa-analyse ook ongewenste elementen mee, en het meten en regelen van de dosis is een uitdaging.
Energierijke elektronen in een plasma maken reactieve radicalen en ionen aan zonder de wafer te verwarmen, wat etsen, depositie en oppervlaktebehandeling bij lage temperatuur mogelijk maakt. Ionen die door de sheath worden versneld, maken bovendien verticaal, anisotroop etsen mogelijk.
Radicalen zijn neutrale, zeer reactieve deeltjes die willekeurig bewegen en isotroop etsen, terwijl ionen geladen zijn, door het veld in de sheath worden versneld en de wafer vrijwel loodrecht treffen. Bij droog etsen worden de twee tegen elkaar afgewogen om profiel en selectiviteit te sturen.
Dat is degradatie die door het plasma zelf wordt veroorzaakt, vooral ladingsopbouw die dunne gateoxides belast en roosterschade door ionenbombardement. Procesoptimalisatie, ladingsneutralisatie en layoutregels worden gebruikt om dit te beperken.
Bij plasma-CVD worden de brongassen ontleed en geactiveerd door de energie van elektronen in het plasma, zodat afzetting mogelijk is bij circa 300 tot 400 °C, lager dan bij thermische CVD (circa 600 tot 800 °C) waarbij de reactie alleen door warmte verloopt.
Wat is het belangrijkste voordeel van plasma-CVD (PECVD)?Bij HDP-CVD wordt tijdens de depositie in een plasma met hoge dichtheid van 10¹¹ cm⁻³ of meer de laag op de hoeken van de opening schuin weggesputterd met ionen, zoals argon, die door een substraatbias worden aangetrokken, zodat van onder naar boven wordt gevuld.
Waarom wordt hoogdichtheids-plasma-CVD (HDP-CVD) gebruikt v…Bij PEALD wordt in de reactiestap plasma gebruikt om zeer reactieve radicalen van zuurstof, stikstof en waterstof te maken, zodat bij een lagere temperatuur dan bij thermische ALD (kamertemperatuur tot enkele honderden °C) kan worden afgezet en ook materiaalcombinaties die thermisch moeilijk reageren (zoals SiN en TiN) mogelijk zijn.
Wat is een voordeel van plasma-ALD (PEALD)?Het waterstofgehalte van LPCVD-nitride is bijvoorbeeld enkele procenten of minder, terwijl plasma-CVD-nitride circa 20 % kan bevatten.
Welk voordeel hebben lagen van thermische CVD bij hoge temp…Siliciumnitride van plasma-CVD wordt gevormd door silaan en ammoniak en dergelijke bij een lage temperatuur van 300 tot 400 °C te laten reageren, bevat circa 10 tot 30 % waterstof in de vorm van Si-H en N-H en wijkt ook in samenstelling af (SiNx).
Welke eigenschap van door plasma-CVD afgezette siliciumnitr…CVD Numerieke apertuur (NA) Droog etsen Silaan (SiH4) Via Aspectverhouding Sputteren NF3 (stikstoftrifluoride) Oxynitride (SiON) Dosis