Corrosão por plasma para tecnologias CMOS e microssistemas

Esta tese apresenta os resultados do desenvolvimento e da otimização de uma tecnologia própria na área de fabricação de dispositivos CMOS e Microssistemas, realizados no Centro de Componentes Semicondutores da UNICAMP, pretendendo desenvolver processos em uma das técnicas mais críticas da microfabricação: corrosão de materiais por plasmas. Neste trabalho foram desenvolvidos processos de corrosão dos seguintes materiais: nitreto de silício (SiNx), óxido de silício (SiO2) e silício policristalino implantado com fósforo, usados na fabricação de dispositivos CMOS, além de silício monocristalino usado na fabricação de Microssistemas. Cada processo de corrosão foi desenvolvido em base às características específicas requeridas do processo de fabricação tais como a taxa de corrosão, seletividade, anisotropia e qualidade da superfície. Para os processos de corrosão foram usados dois equipamentos diferentes: um reator para corrosão iônica reativa (RIE) e um reator para corrosão por ressonância ciclotrônica de elétrons (ECR). Para analisar os mecanismos de interação plasma-superfície no reator RIE, foi realizada uma caracterização do plasma através de dois modelos teóricos e por técnica de espectroscopia óptica (actinometria). Com isto, foi possível obter informações adicionais sobre a distribuição de potência no plasma e a cinética dos processos no plasma e na superfície, a partir dos parâmetros mensuráveis. Para a corrosão de SiNx desenvolveram-se diferentes processos usando várias misturas de gases em dois reatores diferentes, RIE e ECR. As características requeridas para este processo foram: uma taxa de corrosão relativamente alta, alta seletividade para SiO2 e Si e boa qualidade da superfície. No caso de corrosão RIE, foram usadas as misturas CF4/H2, CF4/O2/N2, SF6/O2/N2, SF6/CH4/N2 e SF6/CH4/N2/O2. Foi possível obter processos com alta taxa de corrosão (até 47nm/min), altas seletividades para SiO2 e Si (em torno de 6 e 10, respectivamente) e boa qualidade da superfície na interface SiNx/SiO2 (rugosidade média ~ 5 A). No caso da corrosão ECR foram usadas as misturas SF6/O2/N2 e SF6/O2/N2/Ar. Foi possível obter processos com taxas de corrosão altas (até 28 nm/min) e melhores seletividades SiNx/SiO2 e SiNx/Si (até 50 e 20, respectivamente ). Para SiO2, a principal característica requerida do processo foi uma alta seletividade para Si. Foi desenvolvido um processo híbrido altamente seletivo SiO2/Si (~30) por corrosão iônica reativa, usando as misturas SF6/Ar e CF4/H2/Ar. Para a corrosão de silício policristalino implantado com fósforo, foi necessário desenvolver processos com alta seletividade e anisotropia. Foram usadas diversas misturas de gases à base de flúor e cloro, SF6/CH4/N2, SF6/CF4/N2, SF6/CF4/CHF3 e SiCI4/CF4 no reator RIE. Foi possível obter processos com boa seletividade (até 6), e alto fator de anisotropia (~1,0). Para a corrosão profunda de silício monocristalino é necessária uma alta taxa de corrosão e anisotropia. Usando as misturas SF6/CH4/O2/Ar, SF6/CF4/O2/Ar, SF6/CHF3/O2/Ar no reator RIE, chegou-se a processos com uma taxa de corrosão alta (até 0,6 mm/min) e alta anisotropia (~0,95). Para gravação de resistes (usados como máscara contra a corrosão), foram usadas duas técnicas: fotolitografia (estruturas com largura mínima até 1 mm) e litografia por feixe de elétrons (largura mínima até 0,25 mm). Com a última, estruturas sub-micrométricas (até 0,1 mm) foram fabricadas com sucesso em filmes de Si-poli. Discutiram-se os mecanismos de corrosão para cada processo desenvolvido e as perspectivas de melhorar os processos (AU)