Chlorine plasma etching of polysilicon films for MEMS and MOS devices

Orientadores: Peter Jurgen Tatsch, Stanislav A. MoshkalyovDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de processos de corrosão de filmes de silício policristalino por plasmas contendo flúor e cloro, para aplicações em dispositivos MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) e MOS (Metal Óxido Semicondutor). A corrosão foi feita em um reator RIE (Reactive Ion Etching) marca Applied Materials, modelo PE8300A. Para aplicação em MEMS foram feitas corrosões de silício policristalino, com perfis anisotrópicos e seletividade maior que 20 para óxido de silício. As misturas gasosas utilizadas na corrosão foram: Ar/SF6 e Ar/SF6/Cl2. Para avaliar melhor a evolução do perfil de corrosão, foram utilizadas amostras com filmes espessos de silício policristalino (>2 µm). Para aplicação em eletrodo de transistores MOS foi feito o afinamento de linhas de 2,5 µm para 500 nm de largura, com perfil vertical (A~0,95). Foi feita uma análise da rugosidade da superfície antes e depois dos processos de corrosão com plasma de Ar/SF6 e Ar/SF6/Cl2. Como máscara utilizaram-se linhas sub-micrométricas de platina, 300 nm de largura, depositas em equipamento FIB, sistema de feixe de íons focalizados. Foram ainda realizados processos de corrosão de dióxido de silício com plasma de misturas de Ar/SF6, objetivando altas taxas de corrosão, e de remoção de máscaras de fotorresiste com plasma de oxigênio. Os processos foram caracterizados com vários equipamentos. Um Perfilômetro foi utilizado para medir as profundidades das corrosões, para a determinação das taxas de corrosão. Um elipsômetro e um interferômetro foram utilizados nas medidas das espessuras e dos índices de refração dos filmes utilizados. Imagens SEM (Scanning Electron Microscopy) dos filmes corroídos foram feitas para analisar o perfil e determinar o mecanismo de corrosão para cada mistura, e imagens Focused Ion Beam (FIB) para analisar as estruturas sub-micrométricas.Abstract: This work presents the results and the discussion about mechanisms of plasma etching of polysilicon and silicon films for applications in MEMS and MOS devices. The etching was performed in a conventional reactor of plasma etching, Applied Materials PE8300A model, in a RIE mode (Reactive Ion Etching). For application in MEMS, polysilicon etching with anisotropic profile and high selectivity (>20) for silicon oxide was obtained. The mixtures used in etching were SF6/Ar/Cl2 and SF6/Ar/Cl2. The evolution of the etching profile is better evaluated using polysilicon thick films (>2 µm). For application in MOS transistors electrode, 2,5 µm to 500 nm thinning was obtained with anisotropic profile (At~0,95). For surface routh analisys, before and after the etching processes in Ar/SF6 and Ar/SF6/Cl2 plasmas, sub-micrometric polysilicon lines, with platinum mask deposited by FIB, were etched. Next, silicon dioxide etching processes were executed using Ar/SF6 mixtures in order to obtain high etching rates. Finally, photoresist masks were removed without compromising the adjacent material by the use of oxygen. The films were characterized with the use of a variety of equipment. The Profiler was used to measure the etching depth, and therefore the etching rate was evaluated.MestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestre em Engenharia Elétric