Процесна технологија полупроводничког јеткања

Јеткање, или гравирање, је кључни корак у производњи полупроводника, производњи микроелектронике ИЦ и микро/нано производним процесима. То је примарни процес узорковања повезан са фотолитографијом. У ужем смислу, јеткање је у суштини фотолитографско гравирање, где се фоторезист прво експонира фотолитографијом, а затим се користе друге методе да би се уклонио нежељени материјал. Јеткање је процес селективног уклањања нежељеног материјала са површине силицијумске плочице коришћењем хемијских или физичких метода. Његов основни циљ је да прецизно реплицира узорак маске на обложеној силиконској плочици. Са развојем процеса микрофабрикације, јеткање је широко постало општи термин за скидање и уклањање материјала коришћењем раствора, реактивних јона или других механичких метода, постајући уобичајен термин у микрофабрикацији.

Гравирање се може широко категорисати у две врсте: мокро гравирање и суво гравирање. Код сувог јеткања, гас се побуђује на високим фреквенцијама (првенствено 13,56 МХз или 2,45 ГХз). Под притисцима од 1 до 100 Па, његов средњи слободни пут се креће од неколико милиметара до неколико центиметара. Постоје три главне врсте сувог гравирања:

• Физичко суво нагризање: Убрзава физичко хабање честица на површини плочице;

• Хемијско суво нагризање: гас реагује хемијски са површином плочице;

• Хемијско-физичко суво нагризање: физички процес нагризања са хемијским својствима;

1. Јеткање јонским снопом

Јеткање јонским снопом је физички процес сувог гравирања. Јони аргона се зраче на површину у снопу јона од приближно 1 до 3 кеВ. Због енергије јона, они бомбардују површински материјал. Облата се убацује вертикално или под углом у јонски сноп, а процес нагризања је апсолутно анизотропан. Селективност је ниска јер не прави разлику између слојева. Гас и полирани материјал се избацују помоћу вакуум пумпе; међутим, пошто производи реакције нису гасовити, честице се могу таложити на плочицу или зидове коморе.

Да би се избегле ове честице, други гас се уводи у комору. Овај гас реагује са јонима аргона, изазивајући физичко-хемијски процес јеткања. Неки од гаса реагују са површином, али неки реагују са углачаним честицама и формирају гасовите нуспроизводе. Скоро сви материјали се могу урезати овом методом. Због вертикалног зрачења, хабање вертикалних зидова је веома мало (висока анизотропија). Међутим, због ниске селективности и ниске стопе јеткања, овај процес се ретко користи у савременој производњи полупроводника.

2. Плазма Етцхинг

Плазма јеткање је апсолутно хемијски процес јеткања (хемијско суво јеткање). Његова предност је у томе што површина плочице није оштећена убрзаним јонима. Због покретних честица гаса за нагризање, профил нагризања је изотропан, што ову методу чини погодном за уклањање целих слојева филма (нпр. чишћење задње стране након термичке оксидације).

Један тип реактора који се користи за плазма јеткање је низводни реактор. Плазма се пали на високој фреквенцији од 2,45 ГХз кроз ударну јонизацију, а место ударне јонизације се одваја од плочице.

У области гасног пражњења, услед удара, присутне су различите честице, укључујући слободне радикале. Слободни радикали су неутрални атоми или молекули са незасићеним електронима и стога су веома реактивни. Као неутрални гас, тетрафлуорометан (ЦФ4) се уводи у област гасног пражњења и раздваја се на ЦФ2 и молекуле флуора (Ф2). Слично, флуор се може одвојити од ЦФ4 додавањем кисеоника (О2):

2 ЦФ4 + О2 ---> 2 ЦОФ2 + 2 Ф2

Молекул флуора се може поделити на два одвојена атома флуора енергијом у региону пражњења гаса: сваки атом флуора је слободни радикал флуора, пошто сваки атом има седам валентних електрона и има за циљ да постигне конфигурацију инертног гаса. Поред неутралних слободних радикала, постоји неколико делимично наелектрисаних честица (ЦФ+4, ЦФ+3, ЦФ+2, ...). Све честице, слободни радикали итд., затим улазе у комору за нагризање кроз керамичку цев. Наелектрисане честице могу бити блокиране из коморе за нагризање помоћу решетке за екстракцију или рекомбиновати током њиховог формирања неутралних молекула. Радикали флуора се такође делимично рекомбинују, али довољно да стигну до коморе за нагризање, реагују на површини плочице и изазову хемијску абразију. Остале неутралне честице нису део процеса јеткања и исцрпљују се заједно са продуктима реакције.

Примери танких филмова који се могу угравирати плазма јеткањем: • Силицијум: Си + 4Ф ---> СиФ4 • Силицијум диоксид: СиО2 + 4Ф ---> СиФ4 + О2 • Силицијум нитрид: Си3Н4 + 12Ф ---> 3СиФ4 + 2Н2 итд. карактеристике: Реактивни профил (РИх) итд. брзина нагризања, уједначеност и поновљивост могу се веома прецизно контролисати у реактивном јонском нагризању. Могући су изотропни профили јеткања као и анизотропни. Стога је РИЕ процес хемијског физичког јеткања и најважнији је процес у производњи полупроводника за конструисање широког спектра танких филмова. У процесној комори, плочица се поставља на високофреквентну електроду (ХФ електрода). Плазма се генерише ударном јонизацијом, у којој се појављују слободни електрони и позитивно наелектрисани јони. Ако је ХФ електрода на позитивном напону, слободни електрони се акумулирају на њој и не могу поново да напусте електроду због свог афинитета према електронима. Због тога је електрода напуњена до -1000 В (преднапон). Спори јони који не могу да прате брзо променљиво поље крећу се ка негативно наелектрисаној електроди.

Ако је средња слободна путања јона висока, честице бомбардују површину плочице под скоро управним угловима. Тако се материјал избацује са површине убрзаним јонима (физичко јеткање), а неке честице такође хемијски реагују са површином. Бочне стране су непромењене, тако да нема хабања и профил нагризања остаје анизотропан. Селективност није премала, али није превелика због процеса физичког јеткања. Штавише, површина плочице је оштећена убрзаним јонима и мора се очврснути термичким жарењем. Хемијски део процеса јеткања се остварује реакцијом слободних радикала са површином и материјалом који се физички меље, тако да се не таложи поново на плочицу или зидове коморе као код јеткања јонским снопом. Повећањем притиска у комори за нагризање смањује се средња слободна путања честица. Због тога долази до више судара, а честице путују у различитим правцима. Ово резултира мање усмереним јеткањем, а процес јеткања добија више хемијских својстава. Повећана селективност резултира изотропнијим профилом нагризања. Профили анизотропног јеткања се постижу пасивизацијом бочних зидова током силиконског јеткања. Кисеоник у комори за нагризање реагује са млевеним силицијумом да би се формирао силицијум диоксид, који се таложи на вертикалним бочним зидовима. Оксидни филм на хоризонталним деловима се уклања услед јонског бомбардовања, омогућавајући наставак процеса бочног нагризања.

Брзина нагризања зависи од притиска, снаге генератора високе фреквенције, процесног гаса, стварне брзине протока гаса и температуре плочице. Анизотропија се повећава са повећањем снаге високе фреквенције, смањењем притиска и опадањем температуре. Уједначеност процеса нагризања зависи од гаса, удаљености између две електроде и материјала електроде. Ако је растојање премало, плазма се не може равномерно дисперговати, што доводи до нехомогености. Повећање удаљености електрода смањује брзину нагризања јер се плазма дистрибуира по проширеној запремини. За електроде, угљеник се показао као пожељан материјал. Пошто флуор и хлор такође нападају угљеник, електроде производе једнолично напрегнуту плазму, тако да су ивице плочице погођене на исти начин као и центар плочице.

Селективност и брзина нагризања у великој мери зависе од процесног гаса. За силицијум и силицијумска једињења првенствено се користе флуор и хлор.

Процеси нагризања нису ограничени на један гас, мешавину гаса или фиксне параметре процеса. На пример, природни оксиди на полисилицијуму могу се прво уклонити великом брзином нагризања и са ниском селективношћу, након чега следи јеткање полисилицијума са већом селективношћу у односу на слојеве испод.

Семицорек нуди разнеСиЦ компонентеу процесу гравирања. Ако имате било каквих питања или су вам потребни додатни детаљи, не устручавајте се да нас контактирате.

Контакт телефон # +86-13567891907

Емаил: салес@семицорек.цом