Hola. Me llamo Guy Burstein y soy ingeniero de I+D en SCD, en el grupo de desarrollo de procesos. En SCD, nos especializamos en la producción de detectores infrarrojos, y uno de los pasos importantes de nuestro proceso de producción es el grabado iónico reactivo (RIE).
En RIE, existen numerosos parámetros que pueden afectar el rendimiento de nuestros dispositivos, como la potencia de RF (ICP), la temperatura, el tiempo de grabado y muchos otros. Una de las características importantes de los detectores infrarrojos es la corriente oscura.
En este trabajo, nos centramos en optimizar los parámetros RIE para reducir la corriente oscura y mejorar el rendimiento. Nuestro proceso RIE consta de dos pasos. Gracias a nuestro conocimiento y experiencia, redujimos el DOE a dos factores: el tiempo de grabado de la etapa 1 y el de la etapa 2. El DOE se limitó a nueve obleas y también se nos solicitó realizar pruebas de respuesta no lineal.
Comenzamos creando un espacio de diseño en la plataforma de diseño DOE personalizada de JMP y luego, manualmente, lo cambiamos para adaptarlo a nuestras necesidades.
Podemos observar que, con los dos factores continuos y los tres niveles, hay experimentos con niveles altos y bajos de los factores y su combinación en los vértices. Hay cuatro puntos medios y un punto central.
Sin embargo, sabemos que si la Etapa 1 es demasiado corta y la Etapa 2 es demasiado larga, existe una alta probabilidad de que la corriente oscura aumente. Decidimos tomar este experimento de la esquina superior izquierda y usarlo para otro punto central.
En cuanto a las respuestas, creamos dispositivos de prueba a partir de nuestras obleas. Luego, medimos su corriente oscura y generamos curvas IV que describen cada dispositivo. Nos interesa el valor de la corriente oscura en la región estable, denominada meseta. En esta región, la corriente oscura no cambia significativamente. Nuestro objetivo es obtener el valor más bajo de la corriente oscura en esta meseta y la mayor duración posible.
Una vez completado el DOE, planeamos una etapa de validación donde tendríamos tres obleas con las que podríamos crear verdaderos detectores infrarrojos con las mejores condiciones que encontraríamos en el DOE.
Comenzamos a realizar los experimentos y, a medida que obtuvimos los resultados iniciales, vimos que en los experimentos con 15 minutos de la segunda etapa, la corriente oscura fue significativamente mayor que en los experimentos de 10 minutos.
En este punto, decidimos explorar el rango inferior de tiempo de grabado en lugar de continuar con nuestro plan original, con los experimentos de 20 minutos. Aquí podemos ver cómo nuestro espacio de diseño evolucionó con la nueva información. Seguimos realizando experimentos y obteniendo más resultados, y en este punto, pudimos ver cómo cada factor afecta nuestras respuestas.
Podemos observar que, en la primera etapa, hay un momento óptimo en el que la meseta es más larga. Sin embargo, en la segunda etapa, al reducir el tiempo de grabado, observamos que la corriente oscura continúa disminuyendo.
Sin embargo, no podemos eliminar esta etapa por completo, así que tuvimos que analizar más a fondo cómo afecta esta etapa de grabado a la corriente oscura. Llegamos a la conclusión de que debíamos modificar la naturaleza de nuestro grabado.
En RIE, hay dos componentes que se presentan simultáneamente. Sin embargo, al variar y ajustar los parámetros, se puede inclinar el grabado hacia uno u otro. Hay un componente de grabado químico donde los radicales del plasma llegan al sustrato. Reaccionan en la superficie y luego los productos se evaporan y se evacuan de la cámara. Mientras tanto, en el componente físico, hay iones que se aceleran hacia el sustrato y, con este bombardeo, avanzan el grabado.
En nuestro caso, decidimos centrarnos más en el grabado físico que en el componente químico. En esta etapa, nos quedaba una oblea del DOE y la usamos para crear un dispositivo de prueba en esas condiciones. De hecho, hemos obtenido los mejores resultados con todo el DOE en este dispositivo de prueba.
Pasando a la etapa de validación. Para la primera etapa, decidimos tomar el tiempo óptimo que encontramos para la primera. Sin embargo, para la segunda etapa, utilizamos tres obleas: una de 10 minutos, la segunda de 5 minutos y la tercera con las nuevas condiciones, el grabado más físico. Aquí podemos ver cómo la reducción del tiempo de grabado para la segunda etapa reduce la corriente oscura. Sin embargo, con las nuevas condiciones, con el grabado más físico, podemos ver cómo la corriente oscura disminuye aún más.
En conclusión, hemos visto en este trabajo que la experiencia y los conocimientos de ingeniería son fundamentales para elegir los factores correctos y sus niveles para el DOE. Hemos visto que se debe tener una mentalidad abierta y estar dispuesto a modificar el plan a medida que se obtenga nueva información. Hemos visto que el DOE es una herramienta poderosa no solo para optimizar procesos, sino también para aumentar el conocimiento y comprender mejor los procesos. Finalmente, el objetivo de cualquier DOE o experimento debe ser comprender mejor los procesos, más que simplemente ajustar los datos a un gráfico.
Quisiera agradecer a mis colegas por ayudarme a realizar estos experimentos y a SCD por permitirme presentar este trabajo. Si tienen alguna pregunta, con gusto los atenderé en la conferencia. Gracias.
