Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 24, Numéro 3, mars 1989
Page(s) 309 - 321
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01989002403030900
Rev. Phys. Appl. (Paris) 24, 309-321 (1989)
DOI: 10.1051/rphysap:01989002403030900

Analyse XPS des surfaces de Si et SiO2 exposées aux plasmas de CHF3 et CHF3-C2F6. Polymérisation et gravure

Ch. Cardinaud, A. Rhounna, G. Turban et B. Grolleau

Laboratoire des plasmas et des couches minces, U.A. C.N.R.S. 838, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, 44072 Nantes, France


Abstract
Si and SiO2 surfaces exposed to 50 W, 200 mtorr CHF3 and CHF3-C2F6 RF plasmas (RIE mode) are characterized by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). A fluorocarbon overlayer containing CFx and C-CFx (x = 1 to 3) species is observed ; its thickness depends on the exposure time and the gas mixture. The substrate-overlayer interface is investigated. As the gas mixture evolves from pure C2F6 to pure CHF 3, the predominant phenomenon changes from etching to polymerization ; modifications in the C1s and the F1s spectra are correlated to mass spectrometry measurements performed on the m/e = 81 amu peak (C2F+3 ). O2 plasma stripping is successfully used to eliminate the overlayer, the influence of the O2 flow rate on the stripping rate and the COF2 partial pressure is studied.


Résumé
Des surfaces de Si et SiO2 exposées à des plasmas de CHF 3 et CHF3-C2F6 sont caractérisées par spectroscopie de photoélectrons (XPS). Un dépôt fluorocarboné, d'épaisseur variable suivant la composition du gaz et le temps d'exposition, est observé à la surface des matériaux ; les groupements CF3, CF2, CF, C-CFx x = 1 à 3 sont mis en évidence. La composition et la structure du polymère sont discutées. L'interface polymère-substrat est analysée en détail ainsi que le rôle des ions du plasma sur le mécanisme d'initiation du polymère. La compétition entre les processus de gravure et de polymérisation est étudiée dans les mélanges CHF3-C 2F6. Une corrélation est faite entre les résultats d'analyse de surface et ceux d'analyse du plasma par spectrométrie de masse. La gravure du polymère en plasma d'oxygène est enfin étudiée : la vitesse de gravure et la pression partielle du principal effluent de gravure COF2 sont étudiées en fonction du débit ; les surfaces nettoyées sont caractérisées.

PACS
5240H - Solid state plasma interactions.
8160C - Surface treatment and degradation in semiconductor technology.
8235 - Polymer reactions and polymerization.
7960E - Photoelectron spectra of semiconductors and insulators.

Key words
elemental semiconductors -- plasma wall interactions -- polymerisation -- silicon -- silicon compounds -- X ray photoelectron spectra -- semiconductor -- RF plasmas -- XPS -- substrate overlayer interface -- gas mixture -- etching -- polymerization -- mass spectrometry -- plasma stripping -- Si -- SiO sub 2