Разумевање технологије сувог гравирања у индустрији полупроводника

Јеткање се односи на технику селективног уклањања материјала физичким или хемијским средствима како би се постигли пројектовани структурални обрасци.

Тренутно, многи полупроводнички уређаји користе структуре меса уређаја, које се углавном стварају кроз два типа гравирања:влажно бакропис и суво бакропис. Док једноставно и брзо влажно нагризање игра значајну улогу у производњи полупроводничких уређаја, оно има инхерентне недостатке као што су изотропно јеткање и лоша униформност, што резултира ограниченом контролом при преносу узорака мале величине. Међутим, суво гравирање, са својом високом анизотропијом, добром униформношћу и поновљивошћу, постало је истакнуто у процесима производње полупроводничких уређаја. Израз „суво јеткање“ се у широком смислу односи на било коју технологију немокрог јеткања која се користи за уклањање површинских материјала и преношење микро и нано узорака, укључујући ласерско нагризање, нагризање плазмом и нагризање хемијском паром. Суво нагризање о којем се говори у овом тексту посебно се односи на уску примену процеса који користе пражњење плазме—било физичко или хемијско—за модификовање површина материјала. Покрива неколико уобичајених индустријских технологија гравирања, укључујућиЈеткање јонским снопом (ИБЕ), реактивно ионско јеткање (РИЕ), гравирање плазме електронском циклотронском резонанцом (ЕЦР) и гравирање индуктивно спрегнутом плазмом (ИЦП).

1. Гравирање јонским снопом (ИБЕ)

Такође познат као млевење јоном, ИБЕ је развијен 1970-их као чисто физички метод јеткања. Процес укључује јонске зраке створене од инертних гасова (као што су Ар, Ксе) који се убрзавају напоном да бомбардују површину циљаног материјала. Јони преносе енергију површинским атомима, узрокујући распрскавање оних са енергијом која премашује њихову енергију везивања. Ова техника користи убрзани напон за контролу правца и енергије јонског снопа, што резултира одличном анизотропијом нагризања и контролом брзине. Иако је идеалан за нагризање хемијски стабилних материјала као што су керамика и одређени метали, потреба за дебљим маскама за дубље гравирање може угрозити прецизност јеткања, а бомбардовање високоенергетским јонима може изазвати неизбежна електрична оштећења услед поремећаја решетке.

2. Реактивно јонско јеткање (РИЕ)

Развијен од ИБЕ, РИЕ комбинује хемијске реакције са физичким бомбардовањем јонима. У поређењу са ИБЕ, РИЕ нуди веће стопе јеткања и одличну анизотропију и униформност на великим површинама, што га чини једном од најшире коришћених техника јеткања у микро и нано производњи. Процес укључује примену напона радио фреквенције (РФ) на електроде паралелне плоче, узрокујући да електрони у комори убрзавају и јонизују реакционе гасове, што доводи до стабилног стања плазме на једној страни плоча. Плазма носи позитиван потенцијал због тога што се електрони привлаче на катоду и уземљују на аноду, стварајући тако електрично поље преко коморе. Позитивно наелектрисана плазма убрзава се према супстрату повезаном са катодом, ефикасно га угризајући.

Током процеса јеткања, комора одржава окружење ниског притиска (0,1~10 Па), што повећава брзину јонизације реакционих гасова и убрзава процес хемијске реакције на површини супстрата. Генерално, РИЕ процес захтева да нуспроизводи реакције буду испарљиви да би се ефикасно уклонили вакуум системом, обезбеђујући високу прецизност нагризања. Ниво РФ снаге директно одређује густину плазме и напон убрзања, чиме се контролише брзина нагризања. Међутим, док повећава густину плазме, РИЕ такође повећава напон преднапона, што може проузроковати оштећење решетке и смањити селективност маске, што представља ограничења за апликације нагризања. Са брзим развојем великих интегрисаних кола и све мањом величином транзистора, дошло је до веће потражње за прецизношћу и односом ширине и висине у микро и нано производњи, што је довело до појаве технологија сувог јеткања на бази плазме високе густине, које обезбеђују нове могућности за унапређење електронске информационе технологије.

3. Нагризање плазме електронске циклотронске резонанце (ЕЦР).

ЕЦР технологија, рана метода за постизање плазме високе густине, користи микроталасну енергију да резонује са електронима унутар коморе, побољшану спољашњим магнетним пољем усклађеним са фреквенцијом да изазове резонанцију електрона циклотрона. Овај метод постиже значајно веће густине плазме од РИЕ, повећавајући брзину нагризања и селективност маске, чиме се олакшава нагризање структура ултра високог односа ширине и висине. Међутим, сложеност система, који се ослања на координисану функцију микроталасних извора, РФ извора и магнетних поља, представља оперативне изазове. Појава индуктивно спрегнуте плазме (ИЦП) гравирања убрзо је уследила као поједностављење у односу на ЕЦР.

4. Индуктивно спрегнута плазма (ИЦП) јеткање

ИЦП технологија гравирања поједностављује систем заснован на ЕЦР технологији коришћењем два РФ извора од 13,56МХз за контролу производње плазме и напона убрзања. Уместо спољашњег магнетног поља које се користи у ЕЦР-у, спирални калем индукује наизменично електромагнетно поље, као што је приказано на шеми. РФ извори преносе енергију путем електромагнетног спајања до унутрашњих електрона, који се крећу у циклотронском кретању унутар индукованог поља, сударајући се са реакционим гасовима да изазову јонизацију. Ово подешавање постиже густине плазме упоредиве са ЕЦР. ИЦП гравирање комбинује предности различитих система јеткања, задовољавајући потребе за високим брзинама јеткања, високом селективношћу, уједначеношћу велике површине и једноставном структуром опреме којом се може контролисати, чиме брзо постаје пожељан избор за нову генерацију технологија плазма гравирања високе густине .

5. Карактеристике сувог бакрописа

Технологија сувог јеткања је брзо заузела главну позицију у микро и нанопроизводњи због своје супериорне анизотропије и високих стопа јеткања, замењујући мокро јеткање. Критеријуми за процену добре технологије сувог нагризања укључују селективност маске, анизотропију, брзину нагризања, општу униформност и глаткоћу површине услед оштећења решетке. Са многим критеријумима за оцењивање, специфична ситуација се мора узети у обзир на основу потреба производње. Најдиректнији показатељи сувог нагризања су морфологија површине, укључујући равност урезаног пода и бочних зидова и анизотропију угравираних тераса, што се може контролисати подешавањем односа хемијских реакција и физичког бомбардовања. Микроскопска карактеризација након гравирања се обично изводи помоћу скенирајуће електронске микроскопије и микроскопије атомске силе. Кључна је селективност маске, која представља однос дубине нагризања маске према оној у материјалу под истим условима и времену гравирања. Генерално, што је већа селективност, то је већа тачност преноса шаблона. Уобичајене маске које се користе у ИЦП гравуре укључују фоторезист, метале и диелектричне филмове. Фоторезист има слабу селективност и може деградирати под високим температурама или енергетским бомбардовањем; метали нуде високу селективност, али представљају изазове у уклањању маске и често захтевају вишеслојне технике маскирања. Поред тога, металне маске могу да се залепе за бочне зидове током гравирања, формирајући путеве за цурење. Због тога је избор одговарајуће технологије маске посебно важан за гравирање, а избор материјала за маску треба одредити на основу специфичних захтева за перформансе уређаја.**