Puolijohdeetsausprosessitekniikka

Etsaus tai etsaus on ratkaiseva vaihe puolijohteiden valmistuksessa, mikroelektroniikan piirilevyjen valmistuksessa ja mikro-/nanovalmistusprosesseissa. Se on ensisijainen fotolitografiaan liittyvä kuviointiprosessi. Suppeassa merkityksessä etsaus on pohjimmiltaan fotolitografista etsausta, jossa valoresisti valotetaan ensin fotolitografialla ja sitten käytetään muita menetelmiä ei-toivotun materiaalin etsaamiseksi pois. Etsaus on prosessi, jossa ei-toivottua materiaalia poistetaan valikoivasti piikiekon pinnalta kemiallisilla tai fysikaalisilla menetelmillä. Sen perustavoitteena on jäljitellä tarkasti maskikuvio päällystetyllä piikiekolla. Mikrovalmistusprosessien kehityksen myötä etsauksesta on tullut laajalti yleinen termi materiaalin irrottamiselle ja poistamiselle liuoksilla, reaktiivisilla ioneilla tai muilla mekaanisilla menetelmillä, ja siitä on tullut yleinen termi mikrovalmistuksessa.

Etsaus voidaan jakaa laajasti kahteen tyyppiin: märkäetsaus ja kuivaetsaus. Kuivaetsauksessa kaasu viritetään korkeilla taajuuksilla (pääasiassa 13,56 MHz tai 2,45 GHz). 1-100 Pa:n paineessa sen keskimääräinen vapaa reitti vaihtelee muutamasta millimetristä muutamaan senttimetriin. Kuivaetsausta on kolme päätyyppiä:

• Fyysinen kuivaetsaus: Nopeuttaa kiekkojen pinnalla olevien hiukkasten fyysistä kulumista;

• Kemiallinen kuivaetsaus: Kaasu reagoi kemiallisesti kiekon pinnan kanssa;

• Kemiallis-fysikaalinen kuivaetsaus: Fysikaalinen etsausprosessi, jolla on kemiallisia ominaisuuksia;

1. Ionisädeetsaus

Ionisädeetsaus on fyysinen kuivaetsausprosessi. Argonionit säteilevät pinnalle noin 1-3 keV ionisäteellä. Ionien energian ansiosta ne pommittavat pintamateriaalia. Kiekko työnnetään pystysuoraan tai vinoon ionisäteeseen, ja etsausprosessi on ehdottoman anisotrooppinen. Selektiivisyys on alhainen, koska se ei tee eroa kerrosten välillä. Kaasu ja kiillotettu materiaali poistetaan tyhjiöpumpulla; koska reaktiotuotteet eivät kuitenkaan ole kaasumaisia, hiukkasia voi kertyä kiekon tai kammion seinämille.

Näiden hiukkasten välttämiseksi kammioon syötetään toinen kaasu. Tämä kaasu reagoi argon-ionien kanssa aiheuttaen fysikaalis-kemiallisen etsausprosessin. Osa kaasusta reagoi pinnan kanssa, mutta osa reagoi kiillotettujen hiukkasten kanssa muodostaen kaasumaisia ​​sivutuotteita. Lähes kaikki materiaalit voidaan etsata tällä menetelmällä. Pystysuorasta säteilystä johtuen pystyseinien kuluminen on erittäin vähäistä (korkea anisotropia). Kuitenkin alhaisen selektiivisyyden ja alhaisen etsausnopeuden vuoksi tätä prosessia käytetään harvoin nykyaikaisessa puolijohteiden valmistuksessa.

2. Plasmaetsaus

Plasmaetsaus on täysin kemiallinen etsausprosessi (kemiallinen kuivaetsaus). Sen etuna on, että kiihdytetyt ionit eivät vahingoita kiekon pintaa. Syövytyskaasun liikkuvista hiukkasista johtuen etsausprofiili on isotrooppinen, joten tämä menetelmä soveltuu kokonaisten kalvokerrosten poistamiseen (esim. takapuolen puhdistus lämpöhapetuksen jälkeen).

Yksi plasmaetsaukseen käytetty reaktorityyppi on alavirran reaktori. Plasma sytytetään suurella 2,45 GHz:n taajuudella iskuionisaation avulla, ja iskuionisaatiokohta erottuu kiekosta.

Kaasunpurkausalueella on iskun seurauksena erilaisia ​​hiukkasia, mukaan lukien vapaita radikaaleja. Vapaat radikaalit ovat neutraaleja atomeja tai molekyylejä, joissa on tyydyttymättömiä elektroneja ja ovat siksi erittäin reaktiivisia. Neutraalikaasuna tetrafluorimetaani (CF4) johdetaan kaasunpurkausalueelle ja erottuu CF2- ja fluorimolekyyleiksi (F2). Samalla tavalla fluori voidaan erottaa CF4:stä lisäämällä happea (O2):

2 CF4 + O2 ---> 2 COF2 + 2 F2

Fluorimolekyyli voidaan jakaa kahdeksi erilliseksi fluoriatomiksi kaasupurkausalueen energialla: jokainen fluoriatomi on fluorin vapaa radikaali, koska jokaisessa atomissa on seitsemän valenssielektronia ja tavoitteena on saavuttaa inerttikaasukonfiguraatio. Neutraalien vapaiden radikaalien lisäksi siinä on useita osittain varautuneita hiukkasia (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Kaikki hiukkaset, vapaat radikaalit jne. tulevat sitten etsauskammioon keraamisen putken kautta. Varautuneet hiukkaset voidaan estää etsauskammiosta uuttohilalla tai rekombinoida niiden muodostaessa neutraaleja molekyylejä. Fluoriradikaalit myös osittain rekombinoituvat, mutta tarpeeksi päästäkseen etsauskammioon, reagoida kiekon pintaan ja aiheuttaa kemiallista hankausta. Muut neutraalit hiukkaset eivät ole osa etsausprosessia ja ne kuluvat reaktiotuotteiden mukana.

Esimerkkejä ohutkalvoista, jotka voidaan syövyttää plasmaetsauksessa: • Pii: Si + 4F ---> SiF4 • Piidioksidi: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Piinitridi: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Reaktiivisuus, etsausprofiili, etsausnopeus, etsaus, etsausprofiili, etsausnopeus ja toistettavuutta voidaan ohjata erittäin tarkasti reaktiivisessa ionietsauksessa. Isotrooppiset etsausprofiilit sekä anisotrooppiset profiilit ovat mahdollisia. Siksi RIE on kemiallinen fysikaalinen etsausprosessi ja tärkein prosessi puolijohteiden valmistuksessa monenlaisten ohuiden kalvojen rakentamiseen. Prosessikammiossa kiekko asetetaan korkeataajuiselle elektrodille (HF-elektrodille). Plasma syntyy iskuionisaatiolla, jossa ilmaantuu vapaita elektroneja ja positiivisesti varautuneita ioneja. Jos HF-elektrodi on positiivisessa jännitteessä, vapaita elektroneja kerääntyy siihen, eivätkä ne voi poistua elektrodilta uudelleen elektroniaffiniteetin vuoksi. Siksi elektrodi ladataan -1000 V:iin (esijännite). Hitaat ionit, jotka eivät voi seurata nopeasti vaihtuvaa kenttää, liikkuvat kohti negatiivisesti varautunutta elektrodia.

Jos ionien keskimääräinen vapaa reitti on korkea, hiukkaset pommittavat kiekon pintaa lähes kohtisuorassa kulmassa. Siten materiaali irtoaa pinnalta kiihdytetyillä ioneilla (fyysinen syövytys), ja jotkut hiukkaset reagoivat myös kemiallisesti pinnan kanssa. Lateraaliset sivuseinät eivät muutu, joten kulumista ei ole ja etsausprofiili pysyy anisotrooppisena. Selektiivisyys ei ole liian pieni, mutta se ei ole liian suuri fysikaalisen etsausprosessin vuoksi. Lisäksi kiekon pinta on vaurioitunut kiihtyneiden ionien vaikutuksesta, ja se on kovetettava lämpöhehkutuksella. Syövytysprosessin kemiallinen osa saadaan aikaan vapaiden radikaalien reaktiolla fysikaalisesti jauhettavan pinnan ja materiaalin kanssa, joten se ei kerrostu uudelleen kiekkojen tai kammion seinämille kuten ionisuihkuetsauksessa. Lisäämällä painetta etsauskammiossa hiukkasten keskimääräinen vapaa reitti pienenee. Siksi törmäyksiä tapahtuu enemmän ja hiukkaset kulkevat eri suuntiin. Tämä johtaa vähemmän suuntautuneeseen etsaukseen ja etsausprosessi saa enemmän kemiallisia ominaisuuksia. Lisääntynyt selektiivisyys johtaa isotrooppisempaan etsausprofiiliin. Anisotrooppiset etsausprofiilit saavutetaan passivoimalla sivuseinät piietsauksen aikana. Syövytyskammiossa oleva happi reagoi jauhetun piin kanssa muodostaen piidioksidia, joka kerrostuu pystysuorille sivuseinille. Vaakasuuntaisten alueiden oksidikalvo poistetaan ionipommituksen vuoksi, mikä mahdollistaa lateraalisen etsausprosessin jatkumisen.

Syövytysnopeus riippuu paineesta, suurtaajuusgeneraattorin tehosta, prosessikaasusta, todellisesta kaasun virtausnopeudesta ja kiekon lämpötilasta. Anisotropia kasvaa korkean taajuuden tehon kasvaessa, paineen laskeessa ja lämpötilan laskeessa. Syövytysprosessin tasaisuus riippuu kaasusta, kahden elektrodin välisestä etäisyydestä ja elektrodin materiaalista. Jos etäisyys on liian pieni, plasma ei voi hajota tasaisesti, mikä johtaa epähomogeenisuuteen. Elektrodin etäisyyden lisääminen vähentää etsausnopeutta, koska plasma jakautuu laajennettuun tilavuuteen. Elektrodeissa hiili on osoittautunut edulliseksi materiaaliksi. Koska fluori ja kloori hyökkäävät myös hiileen, elektrodit tuottavat tasaisen jännittyneen plasman, jolloin kiekon reunoihin vaikuttaa samalla tavalla kuin kiekon keskustaan.

Selektiivisyys ja syövytysnopeus riippuvat voimakkaasti prosessikaasusta. Piihin ja piiyhdisteisiin käytetään ensisijaisesti fluoria ja klooria.

Etsausprosessit eivät rajoitu yhteen kaasuun, kaasuseokseen tai kiinteisiin prosessiparametreihin. Esimerkiksi polypiin natiivioksidit voidaan poistaa ensin suurella etsausnopeudella ja alhaisella selektiivisyydellä, minkä jälkeen polypiin syövytys korkeammalla selektiivisyydellä verrattuna alla oleviin kerroksiin.

Semicorex tarjoaa erilaisiaSiC komponentitetsausprosessissa. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Puhelinnumero +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com