Технология на процеса на ецване на полупроводници

Гравирането или ецването е решаваща стъпка в производството на полупроводници, микроелектронни интегрални схеми и микро/нано производствени процеси. Това е основен процес на моделиране, свързан с фотолитографията. В тесен смисъл ецването е по същество фотолитографско ецване, при което фоторезистът първо се експонира с помощта на фотолитография и след това се използват други методи за ецване на нежелания материал. Гравирането е процес на селективно отстраняване на нежелан материал от повърхността на силиконова пластина с помощта на химически или физични методи. Основната му цел е да възпроизведе точно модела на маската върху покритата силиконова пластина. С развитието на процесите на микропроизводство ецването като цяло се превърна в общ термин за оголване и отстраняване на материал с помощта на разтвори, реактивни йони или други механични методи, превръщайки се в общ термин в микропроизводството.

Гравирането може да се категоризира в два вида: мокро ецване и сухо ецване. При сухо ецване газът се възбужда при високи честоти (основно 13,56 MHz или 2,45 GHz). При налягания от 1 до 100 Pa средният му свободен път варира от няколко милиметра до няколко сантиметра. Има три основни типа сухо ецване:

• Физическо сухо ецване: Ускорява физическото износване на частиците върху повърхността на вафлата;

• Химическо сухо ецване: Газът реагира химически с повърхността на пластината;

• Химико-физично сухо ецване: Физически процес на ецване с химични свойства;

1. Офорт с йонен лъч

Йоннолъчевото ецване е физически процес на сухо ецване. Аргоновите йони се излъчват върху повърхността в йонен лъч от приблизително 1 до 3 keV. Благодарение на енергията на йоните те бомбардират повърхностния материал. Пластината се вкарва вертикално или под ъгъл в йонния лъч и процесът на ецване е абсолютно анизотропен. Селективността е ниска, защото не прави разлика между слоевете. Газът и полираният материал се изхвърлят с вакуумна помпа; въпреки това, тъй като реакционните продукти не са газообразни, частиците могат да се отложат върху подложката или стените на камерата.

За да се избегнат тези частици, в камерата се въвежда втори газ. Този газ реагира с аргоновите йони, предизвиквайки физикохимичен процес на ецване. Част от газа реагира с повърхността, но част реагира с полираните частици, за да образува газообразни странични продукти. Почти всички материали могат да бъдат гравирани с този метод. Поради вертикалното излъчване, износването на вертикалните стени е много ниско (висока анизотропия). Въпреки това, поради ниската селективност и ниската скорост на ецване, този процес рядко се използва в съвременното производство на полупроводници.

2. Плазмено ецване

Плазменото ецване е абсолютно химичен процес на ецване (химическо сухо ецване). Предимството му е, че повърхността на пластината не се уврежда от ускорените йони. Благодарение на подвижните частици на ецващия газ, профилът на ецване е изотропен, което прави този метод подходящ за отстраняване на цели слоеве филм (напр. почистване на задната страна след термично окисление).

Един тип реактор, използван за плазмено ецване, е реактор надолу по веригата. Плазмата се запалва при висока честота от 2,45 GHz чрез ударна йонизация и мястото на ударна йонизация се отделя от пластината.

В областта на газоразряда поради удара присъстват различни частици, включително свободни радикали. Свободните радикали са неутрални атоми или молекули с ненаситени електрони и следователно са силно реактивни. Като неутрален газ, тетрафлуорометанът (CF4) се въвежда в газоразрядната област и се разделя на CF2 и флуорни молекули (F2). По подобен начин флуорът може да бъде отделен от CF4 чрез добавяне на кислород (O2):

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

Флуорната молекула може да бъде разделена на два отделни флуорни атома чрез енергията в газоразрядната област: всеки флуорен атом е флуорен свободен радикал, тъй като всеки атом има седем валентни електрона и има за цел да постигне конфигурация на инертен газ. В допълнение към неутралните свободни радикали има няколко частично заредени частици (CF+4, CF+3, CF+2, ...). След това всички частици, свободни радикали и т.н. влизат в камерата за ецване през керамична тръба. Заредените частици могат да бъдат блокирани от камерата за ецване чрез екстракционна решетка или да се рекомбинират по време на тяхното образуване на неутрални молекули. Флуорните радикали също частично се рекомбинират, но достатъчно, за да достигнат до камерата за ецване, да реагират върху повърхността на пластината и да причинят химическа абразия. Други неутрални частици не са част от процеса на ецване и се изчерпват заедно с реакционните продукти.

Примери за тънки филми, които могат да бъдат гравирани при плазмено ецване: • Силиций: Si + 4F ---> SiF4 • Силициев диоксид: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Силициев нитрид: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Характеристики на реактивно йонно ецване (RIE): Селективност, профил на ецване, скорост на ецване, еднообразието и повторяемостта могат да се контролират много прецизно при реактивно йонно ецване. Възможни са както изотропни профили на ецване, така и анизотропни. Следователно, RIE е процес на химично физическо ецване и е най-важният процес в производството на полупроводници за конструиране на голямо разнообразие от тънки филми. В процесната камера пластината се поставя върху високочестотен електрод (HF електрод). Плазмата се генерира чрез ударна йонизация, при която се появяват свободни електрони и положително заредени йони. Ако HF електродът е с положително напрежение, свободните електрони се натрупват върху него и не могат да напуснат отново електрода поради своя електронен афинитет. Поради това електродът се зарежда до -1000 V (преднапрежение). Бавните йони, които не могат да следват бързо променливото поле, се придвижват към отрицателно заредения електрод.

Ако средният свободен път на йоните е висок, частиците бомбардират повърхността на пластината под почти перпендикулярни ъгли. По този начин материалът се изхвърля от повърхността чрез ускорени йони (физическо ецване), а някои частици също реагират химически с повърхността. Страничните странични стени не са засегнати, така че няма износване и профилът на ецване остава анизотропен. Селективността не е твърде малка, но не е и твърде голяма поради процеса на физическо ецване. Освен това повърхността на вафлата се уврежда от ускорените йони и трябва да се втвърди чрез термично отгряване. Химическата част от процеса на ецване се осъществява чрез реакцията на свободните радикали с повърхността и материала, който се смила физически, така че не се отлага повторно върху пластината или стените на камерата, както при ецване с йонен лъч. Чрез увеличаване на налягането в камерата за ецване средният свободен път на частиците намалява. Следователно има повече сблъсъци и частиците пътуват в различни посоки. Това води до по-малко насочено ецване и процесът на ецване придобива повече химични свойства. Повишената селективност води до по-изотропен профил на ецване. Анизотропните профили на ецване се постигат чрез пасивиране на страничните стени по време на ецване на силиций. Кислородът в камерата за ецване реагира със смления силиций, за да образува силициев диоксид, който се отлага върху вертикалните странични стени. Оксидният филм върху хоризонталните участъци се отстранява поради йонно бомбардиране, което позволява процеса на странично ецване да продължи.

Скоростта на ецване зависи от налягането, мощността на високочестотния генератор, технологичния газ, действителния дебит на газовия поток и температурата на пластината. Анизотропията се увеличава с увеличаване на високочестотната мощност, намаляване на налягането и намаляване на температурата. Равномерността на процеса на ецване зависи от газа, разстоянието между двата електрода и материала на електрода. Ако разстоянието е твърде малко, плазмата не може да се диспергира равномерно, което води до нехомогенност. Увеличаването на разстоянието между електродите намалява скоростта на ецване, тъй като плазмата се разпределя в разширен обем. За електродите въглеродът се оказа предпочитаният материал. Тъй като флуорът и хлорът също атакуват въглерода, електродите произвеждат равномерна напрегната плазма, като по този начин ръбовете на пластината се засягат по същия начин като центъра на пластината.

Селективността и скоростта на ецване зависят силно от технологичния газ. За силиций и силициеви съединения се използват предимно флуор и хлор.

Процесите на ецване не се ограничават до един газ, газова смес или фиксирани параметри на процеса. Например естествените оксиди върху полисилиция могат да бъдат отстранени първо с висока скорост на ецване и с ниска селективност, последвано от ецване на полисилиция с по-висока селективност по отношение на долните слоеве.

Semicorex предлага различниSiC компонентив процес на ецване. Ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com