Kuivaetsausprosessi

Kuivaetsausprosessi koostuu yleensä neljästä perustilasta: ennen etsausta, osittainen etsaus, pelkkä etsaus ja ylietsaus. Tärkeimmät ominaisuudet ovat etsausnopeus, selektiivisyys, kriittinen ulottuvuus, tasaisuus ja päätepisteiden havaitseminen.

 Kuva 1 Ennen syövytystä

Kuva 2 Osittainen etsaus

Kuva 3 Pelkkää etsausta

Kuva 4 Ylietsaus

(1) Etsausnopeus: aikayksikköä kohti poistetun syövytetyn materiaalin syvyys tai paksuus.

Kuva 5 Etsausnopeuskaavio

(2) Selektiivisyys: eri syövytysmateriaalien etsausnopeuksien suhde.

Kuva 6 Selektiivisyyskaavio

(3) Kriittinen ulottuvuus: kuvion koko tietyllä alueella etsauksen päätyttyä.

Kuva 7 Kriittisten mittasuhteiden kaavio

(4) Tasaisuus: kriittisen etsausmitan (CD) tasaisuuden mittaamiseksi, jota yleensä kuvaa koko CD-kartta, kaava on: U=(Max-Min)/2*AVG.

Kuva 8 Tasaisuuskaavio

(5) Päätepisteen tunnistus: Syövytysprosessin aikana valon voimakkuuden muutos havaitaan jatkuvasti. Kun tietty valon voimakkuus nousee tai laskee merkittävästi, etsaus lopetetaan tietyn kalvoetsauskerroksen valmistumisen merkiksi.

Kuva 9 Päätepisteen kaavio

Kuivaetsauksessa kaasu viritetään korkealla taajuudella (pääasiassa 13,56 MHz tai 2,45 GHz). Paineessa 1 - 100 Pa sen keskimääräinen vapaa reitti on useista millimetreistä useisiin senttimetreihin. Kuivaetsausta on kolme päätyyppiä:

•Fyysinen kuivaetsaus: kiihtyneet hiukkaset kuluttavat fyysisesti kiekon pintaa

•Kemiallinen kuivaetsaus: kaasu reagoi kemiallisesti kiekon pinnan kanssa

•Kemiallinen fysikaalinen kuivaetsaus: fyysinen etsausprosessi kemiallisilla ominaisuuksilla

1. Ionisädeetsaus

Ionisädeetsaus (Ion Beam Etching) on ​​fyysinen kuivakäsittelyprosessi, jossa materiaalin pinnan säteilyttämiseen käytetään korkeaenergistä argonionisuihkua, jonka energia on noin 1-3 keV. Ionisäteen energia saa sen iskemään ja poistamaan pintamateriaalin. Etsausprosessi on anisotrooppinen pystysuorassa tai vinossa osuvien ionisäteiden tapauksessa. Selektiivisyyden puutteen vuoksi materiaalien välillä ei kuitenkaan ole selvää eroa eri tasoilla. Syntyneet kaasut ja syövytetyt materiaalit poistetaan tyhjiöpumpulla, mutta koska reaktiotuotteet eivät ole kaasuja, hiukkaset kerrostuvat kiekon tai kammion seinämille.

Hiukkasten muodostumisen estämiseksi kammioon voidaan syöttää toinen kaasu. Tämä kaasu reagoi argon-ionien kanssa ja aiheuttaa fysikaalisen ja kemiallisen etsausprosessin. Osa kaasusta reagoi pintamateriaalin kanssa, mutta se reagoi myös kiillotettujen hiukkasten kanssa muodostaen kaasumaisia ​​sivutuotteita. Lähes kaikenlaisia ​​materiaaleja voidaan etsata tällä menetelmällä. Pystysuorasta säteilystä johtuen pystyseinien kuluminen on hyvin pientä (korkea anisotropia). Alhaisen selektiivisyytensä ja hitaan etsausnopeuden vuoksi tätä prosessia käytetään kuitenkin harvoin nykyisessä puolijohteiden valmistuksessa.

2. Plasmaetsaus

Plasmaetsaus on absoluuttinen kemiallinen etsausprosessi, joka tunnetaan myös nimellä kemiallinen kuivaetsaus. Sen etuna on, että se ei aiheuta ionivaurioita kiekon pintaan. Koska syövytyskaasun aktiiviset aineet liikkuvat vapaasti ja etsausprosessi on isotrooppinen, tämä menetelmä soveltuu koko kalvokerroksen poistamiseen (esim. takapuolen puhdistamiseen lämpöhapetuksen jälkeen).

Alavirran reaktori on plasmaetsaukseen yleisesti käytetty reaktorityyppi. Tässä reaktorissa plasma tuotetaan iskuionisaatiolla korkeataajuisessa 2,45 GHz:n sähkökentässä ja erotetaan kiekosta.

Kaasunpurkausalueella syntyy iskun ja virityksen vaikutuksesta erilaisia ​​hiukkasia, mukaan lukien vapaat radikaalit. Vapaat radikaalit ovat neutraaleja atomeja tai molekyylejä, joissa on tyydyttymättömiä elektroneja, joten ne ovat erittäin reaktiivisia. Plasmasyövytysprosessissa käytetään usein joitain neutraaleja kaasuja, kuten tetrafluorimetaania (CF4), jotka johdetaan kaasunpurkausalueelle aktiivisten lajien tuottamiseksi ionisaatiolla tai hajoamalla.

Esimerkiksi CF4-kaasussa se johdetaan kaasunpurkausalueelle ja hajoaa fluoriradikaaleiksi (F) ja hiilidifluoridimolekyyleiksi (CF2). Vastaavasti fluori (F) voidaan hajottaa CF4:stä lisäämällä happea (O2).

2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2

Fluorimolekyyli voi jakautua kahdeksi itsenäiseksi fluoriatomiksi kaasupurkausalueen energian vaikutuksesta, joista kukin on fluorin vapaa radikaali. Koska jokaisessa fluoriatomissa on seitsemän valenssielektronia ja sillä on taipumus saavuttaa inertin kaasun elektroninen konfiguraatio, ne ovat kaikki hyvin reaktiivisia. Neutraalien fluorivapaiden radikaalien lisäksi kaasupurkausalueella tulee olemaan varautuneita hiukkasia, kuten CF+4, CF+3, CF+2 jne. Tämän jälkeen kaikki nämä hiukkaset ja vapaat radikaalit viedään etsauskammioon keraamisen putken kautta.

Varautuneet hiukkaset voidaan estää uuttoritilillä tai yhdistää uudelleen neutraalien molekyylien muodostusprosessissa niiden käyttäytymisen hallitsemiseksi etsauskammiossa. Fluorin vapaat radikaalit käyvät läpi myös osittaisen rekombinaation, mutta ovat silti riittävän aktiivisia päästäkseen etsauskammioon, reagoidakseen kemiallisesti kiekon pinnalla ja aiheuttaen materiaalin irtoamista. Muut neutraalit hiukkaset eivät osallistu etsausprosessiin ja ne kulutetaan yhdessä reaktiotuotteiden kanssa.

Esimerkkejä ohuista kalvoista, jotka voidaan syövyttää plasmaetsauksessa:

• Pii: Si + 4F—> SiF4

• Piidioksidi: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2

• Piinitridi: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2

3. Reaktiivinen ionisyövytys (RIE)

Reaktiivinen ionisyövytys on kemiallis-fysikaalinen etsausprosessi, jolla voidaan erittäin tarkasti ohjata selektiivisyyttä, etsausprofiilia, syövytysnopeutta, tasaisuutta ja toistettavuutta. Sillä voidaan saavuttaa isotrooppisia ja anisotrooppisia etsausprofiileja ja se on siksi yksi tärkeimmistä prosesseista erilaisten ohutkalvojen rakentamisessa puolijohteiden valmistuksessa.

RIE:n aikana kiekko asetetaan korkeataajuiselle elektrodille (HF-elektrodille). Iskuionisaation avulla syntyy plasma, jossa on vapaita elektroneja ja positiivisesti varautuneita ioneja. Jos HF-elektrodiin kohdistetaan positiivinen jännite, vapaat elektronit kerääntyvät elektrodin pinnalle eivätkä voi poistua elektrodilta uudelleen elektroniaffiniteetin vuoksi. Siksi elektrodit ladataan -1000 V:iin (esijännite), jotta hitaat ionit eivät voi seurata nopeasti muuttuvaa sähkökenttää negatiivisesti varautuneelle elektrodille.

Jos ionien etsauksen (RIE) aikana ionien keskimääräinen vapaa reitti on korkea, ne osuvat kiekon pintaan lähes kohtisuorassa suunnassa. Tällä tavalla kiihtyneet ionit lyövät materiaalin pois ja muodostavat kemiallisen reaktion fysikaalisen syövytyksen kautta. Koska sivuseiniin ei vaikuta, etsausprofiili pysyy anisotrooppisena ja pinnan kuluminen on pientä. Selektiivisyys ei kuitenkaan ole kovin korkea, koska myös fyysinen syövytysprosessi tapahtuu. Lisäksi ionien kiihtyvyys vahingoittaa kiekon pintaa, jonka korjaaminen vaatii lämpöhehkutusta.

Syövytysprosessin kemiallinen osa täydentyy siten, että vapaat radikaalit reagoivat pinnan kanssa ja ionit iskevät fyysisesti materiaaliin niin, että se ei saostu uudelleen kiekolle tai kammion seinämille, jolloin vältetään uudelleensaostumisilmiö, kuten ionisuihkuetsaus. Lisättäessä kaasun painetta syövytyskammiossa ionien keskimääräinen vapaa reitti pienenee, mikä lisää ionien ja kaasumolekyylien välisten törmäysten määrää ja ionit siroavat useampaan eri suuntiin. Tämä johtaa vähemmän suuntautuneeseen etsaukseen, mikä tekee etsausprosessista kemiallisemman.

Anisotrooppiset etsausprofiilit saavutetaan passivoimalla sivuseinät piietsauksen aikana. Happi johdetaan etsauskammioon, jossa se reagoi syövytetyn piin kanssa muodostaen piidioksidia, joka kerrostuu pystysuorille sivuseinille. Ionipommituksen vuoksi vaaka-alueiden oksidikerros poistetaan, jolloin sivuttainen etsausprosessi voi jatkua. Tällä menetelmällä voidaan hallita etsausprofiilin muotoa ja sivuseinien jyrkkyyttä.

Syövytysnopeuteen vaikuttavat sellaiset tekijät kuin paine, HF-generaattorin teho, prosessikaasu, todellinen kaasun virtausnopeus ja kiekon lämpötila, ja sen vaihtelualue pidetään alle 15 %:ssa. Anisotropia kasvaa HF-tehon kasvaessa, paineen ja lämpötilan laskussa. Syövytysprosessin tasaisuus määräytyy kaasun, elektrodien etäisyyden ja elektrodimateriaalin mukaan. Jos elektrodin etäisyys on liian pieni, plasma ei voi jakautua tasaisesti, mikä johtaa epätasaisuuteen. Elektrodin etäisyyden lisääminen vähentää etsausnopeutta, koska plasma jakautuu suurempaan tilavuuteen. Hiili on suositeltava elektrodimateriaali, koska se tuottaa tasaisen jännittyneen plasman siten, että kiekon reuna vaikuttaa samalla tavalla kuin kiekon keskusta.

Prosessikaasulla on tärkeä rooli selektiivisyydessä ja syövytysnopeudessa. Piille ja piiyhdisteille käytetään pääasiassa fluoria ja klooria etsauksen aikaansaamiseksi. Valitsemalla sopiva kaasu, säätämällä kaasun virtausta ja painetta ja säätämällä muita parametreja, kuten lämpötilaa ja tehoa prosessissa, voidaan saavuttaa haluttu syövytysnopeus, selektiivisyys ja tasaisuus. Näiden parametrien optimointia säädetään yleensä eri sovellusten ja materiaalien mukaan.

Syövytysprosessi ei rajoitu yhteen kaasuun, kaasuseokseen tai kiinteisiin prosessiparametreihin. Esimerkiksi polypiin natiivioksidi voidaan poistaa ensin suurella etsausnopeudella ja alhaisella selektiivisyydellä, kun taas polypii voidaan syövyttää myöhemmin suuremmalla selektiivisyydellä alla oleviin kerroksiin verrattuna.

——————————————————————————————————————————————————— ———————————

Semicera voi tarjotagrafiittiosat, pehmeä/jäykkä huopa, piikarbidin osat,CVD piikarbidiosat,jaSiC/TaC-pinnoitetut osat 30 päivän sisällä.

Jos olet kiinnostunut yllä olevista puolijohdetuotteista,älä epäröi ottaa meihin yhteyttä ensimmäisen kerran.

Puh: +86-13373889683

WhatsAPP: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com