Engenharia mecatronica corrosão de silicio
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O documento discute a técnica de espectrometria de massa e seu uso para analisar a corrosão de silício em plasma de SF6. Ele explica como o espectrômetro de massas separa íons por razão massa-carga e como o processo de corrosão por íon reativo libera produtos voláteis de silício. O documento também analisa como a pressão, potência e adição de oxigênio ou argônio afetam a taxa e perfil de corrosão.
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- 1. Sistemas Micro eletromecânicos 1 Candido Neves dos S. Júnior Williarde A. Souza Eng. de Automação e Controle FASB – Faculdade do Sul da Bahia Análise de Espectrometria de Massa em Plasma de SF6 Aplicado para Corrosão de Silício
- 2. Espectrometria de Massa A técnica de espectrometria de massas (MS) é de grande importância e abrangência na Química Analítica. Físicos, químicos e biólogos tem participado do seu desenvolvimento e de suas aplicações atuais. Com o emprego da MS tem sido pesquisadas até mesmo biomoléculas de grande massa molecular e organismos individuais, como os vírus (Borman et al., 2003). O espectrômetro de massas é um instrumento analítico, no qual íons, produzidos a partir de elementos presentes em uma amostra, são separados por campos elétricos e/ou magnéticos de acordo com a razão massa-carga (m/z) destas espécies.
- 3. “Corrosão por Íon Reativo” (RIE). Neste sistema o plasma é gerado por potência a uma frequência de RF de 13,56 MHz Diagrama esquemático do sistema de corrosão RIE
- 4. No processo de corrosão, os íons de flúor encontram a superfície de Si atravessando a camada fluorinada, ao chegar à superfície do Si rompem as ligações Si-Si, liberando dois produtos voláteis o SiF2 reativo e o produto estável SiF4.
- 7. Efeito da pressão Sabe-se que com o aumento da pressão ocorre uma diminuição do livre caminho médio dos íons no plasma resultando na perda de direcionalidade e consequentemente num perfil de corrosão isotrópico. Estudos realizados por Mansano et. al. verificaram que com o aumento da pressão ocorre um aumento da taxa de corrosão até 100 mTorr, onde a partir deste valor esta permanece constante ou diminui Mansano, 1998).
- 8. Efeito da potência Após verificado a melhor condição de pressão para que o sistema RIE pudesse operar com alta taxa de corrosão de baixo consumo de gás SF6, foi feito um teste de variação de potencia para se verificar o grau de fragmentação das partículas de plasma.
- 9. Efeito da adição do oxigênio Devido ao SF6 ser muito eletronegativo, ocorre uma grande captura de elétrons de baixa energia. Isso reduz a dissociação do flúor. Para isso, diversos estudos recomendam a adição de um outro gás, normalmente N2, Ar ou O2 para aumentar a dissociação. Neste trabalho verificamos a influência dos gases O2 e Ar,
- 10. Efeito da adição de argônio Gases nobres como argônio e hélio são frequentemente usados para estabilizar plasmas ou para objetivos de refrigeração.
Notas do Editor
- A câmara de reação é feita em alumínio e tem 230 mm de diâmetro interno e 130 mm de altura, com distância entre os eletrodos de 52 mm. O catodo é de alumínio e apresenta a possibilidade de ser coberto com outros materiais. O eletrodo é refrigerado com um sistema autônomo de refrigeração que possibilita variar a temperatura entre -10°C e 40°C, usando água como líquido refrigerante. Nos nossos processos, o eletrodo será mantido entre 10 °C e 20 °C. O gás de processo (SF6) é admitido na câmara de reação através de um distribuidor em forma de “crivo” com 150 mm de diâmetro (com furos de 0,8 mm), situado na tampa superior da câmara e sua vazão é controlada por meio de controladores de fluxo de massa (mass flow controller - MKS) e a pressão na câmara é medida com um manômetro capacitivo (Baratron - MKS).
- Como se pode observar, o principal elemento reativo na corrosão do Si é o flúor atômico (F) e o principal mecanismo é a corrosão química que tem a característica de gerar perfis de corrosão isotrópicos. Além disso, observa-se que durante o processo de corrosão do Si o plasma passa a ser constituído em sua maioria por espécies SiF4.
- Acima temos a comparação de dois estudos um feito com injeção de gás de hexafluoreto de silício (Plasma) sobre um substrato de wafer de silício. Na segunda imagem temos apenas a injeção de hexafluero de silício
- Este efeito é confirmado neste estudo onde as medições de espectrometria de massa, mostra um pico da espécie SiF3+, foi monitorado para um aumento de pressão de 7,5 mTorr a 60 mTorr Entretanto, o aumento da pressão na câmara provoca uma elevação do sinal de SiF3 + até uma pressão de 35,7 mTorr onde, a partir deste valor, sofre uma saturação.
- Com o aumento na potência da descarga ouve uma maior fragmentação das espécies provenientes da molécula SF6 ocasionando num aumento dos átomos de flúor (F+) e da molécula de SiF4 (SiF3+). Observou-se também que a partir de 80 W os sinais das espécies tendem a estabilizar, indicando que para estas condições otimizadas de processo não é necessário o uso de potências elevadas para se obter uma maior taxa de corrosão.
- Neste estudo foi verificado o efeito proporcionado pela adição de argônio no gás SF6 em função da potência e fluxo de gases. Para isto foi realizado dois experimentos para uma pressão de trabalho fixada em 35 mTorr e potência RF variada entre 10 e 70 W: variação da % de argônio na mistura Ar + SF6 e variação do fluxo de argônio na mistura Ar + SF6.