Rev. Phys. Appl. (Paris) 20, 609-620 (1985)
DOI: 10.1051/rphysap:01985002008060900

A mass spectrometric diagnostic of C2F6 and CHF 3 plasmas during etching of SiO2 and Si

G. Turban, B. Grolleau, P. Launay et P. Briaud

Laboratoire de Physique Corpusculaire, U.A. C.N.R.S. 838, Université de Nantes, 2, rue de la Houssinière, 44072 Nantes Cedex, France

Abstract
A mass spectrometric analysis of the neutral products and the positive ions extracted from discharges in C2F6 and CHF 3, sustained at 25 kHz with pressures between 0.2 and 0.8 torr (1 torr = 133 Pa) was performed. The apparatus calibration and the calculation of the partial pressures from mass spectra at 70 eV are described The formation reactions of the many detected products : CF4, C2F 2, C2F4, C3F6, C3F 8, C4F8, C2HF5 and HF are discussed. Variations in the neutral composition of these plasmas, induced by etching of SiO2 and Si were observed These variations are explained by the consumption of CFn radicals (n = 1 to 3) at the etched surface. The main positive ions produced are CF+ 3, CF+, CF+2 and CHF+ 2. Their formation is explained by the ionization of neutral molecules and molecular radicals.

Résumé
On a effectué une analyse par spectrométrie de masse des produits neutres et des ions positifs extraits de décharges dans C2F6 et CHF3 entre 0,2 et 0,8 torr (1 torr = 133 Pa) à 25 kHz. La méthode d'étalonnage de l'appareil et du calcul des pressions partielles à partir des spectres de masse à 70 eV est décrite. De nombreuses molécules ont été détectées : CF4, C2F2, C2F 4, C3F6, C3F8, C4F 8, C2HF5 et HF, dont les réactions de formation sont discutées. On a observé que la gravure de SiO2 et de Si induit des variations de la composition neutre de ces plasmas. Ces variations sont expliquées par la consommation des radicaux CFn (n = 1 à 3) à la surface. Les ions positifs issus de ces décharges sont principalement CF +3, CF+, CF+2 et CHF +2. Leur formation est expliquée par l'ionisation des molécules neutres et des radicaux moléculaires.

PACS
5270 - Plasma diagnostic techniques and instrumentation.
5280 - Electric discharges.

Key words
carbon compounds -- discharges electric -- organic compounds -- plasma diagnostics -- mass spectrometric diagnostic -- C sub 2 F sub 6 -- CHF sub 3 -- plasmas -- etching -- SiO sub 2 -- Si -- mass spectrometric analysis -- partial pressures -- CF sub 4 -- C sub 2 F sub 2 -- C sub 2 F sub 4 -- C sub 3 F sub 6 -- C sub 3 F sub 8 -- C sub 2 HF sub 5 -- HF