Proces trawienia na sucho składa się zwykle z czterech podstawowych etapów: przed trawieniem, trawienia częściowego, samego trawienia i trawienia. Główne cechy to szybkość trawienia, selektywność, wymiar krytyczny, jednorodność i wykrywanie punktu końcowego.
Rysunek 1 Przed trawieniem
Rysunek 2 Częściowe trawienie
Rysunek 3. Samo trawienie
Rysunek 4 Nadtrawienie
(1) Szybkość trawienia: głębokość lub grubość wytrawionego materiału usuwanego w jednostce czasu.
Rysunek 5 Wykres szybkości trawienia
(2) Selektywność: stosunek szybkości trawienia różnych materiałów trawiących.
Rysunek 6 Wykres selektywności
(3) Wymiar krytyczny: wielkość wzoru w określonym obszarze po zakończeniu trawienia.
Rysunek 7 Diagram wymiarów krytycznych
(4) Jednorodność: do pomiaru jednorodności krytycznego wymiaru trawienia (CD), ogólnie charakteryzującego się pełną mapą CD, stosuje się wzór: U=(Max-Min)/2*AVG.
Rysunek 8 Schemat ideowy jednorodności
(5) Wykrywanie punktu końcowego: Podczas procesu trawienia stale wykrywana jest zmiana natężenia światła. Kiedy określone natężenie światła znacznie wzrasta lub spada, trawienie zostaje zakończone, aby oznaczyć zakończenie określonej warstwy trawienia folii.
Rysunek 9 Schemat ideowy punktu końcowego
Podczas trawienia na sucho gaz jest wzbudzany wysoką częstotliwością (głównie 13,56 MHz lub 2,45 GHz). Przy ciśnieniu od 1 do 100 Pa jego średnia swobodna droga wynosi od kilku milimetrów do kilku centymetrów. Istnieją trzy główne typy suchego trawienia:
•Fizyczne trawienie na sucho: przyspieszone cząstki fizycznie zużywają powierzchnię płytki
•Trawienie chemiczne na sucho: gaz reaguje chemicznie z powierzchnią płytki
•Trawienie chemiczne, fizyczne na sucho: proces trawienia fizycznego o właściwościach chemicznych
1. Trawienie wiązką jonów
Trawienie wiązką jonów (Ion Beam Etching) to fizyczny proces przetwarzania na sucho, w którym do napromieniowania powierzchni materiału wykorzystuje się wysokoenergetyczną wiązkę jonów argonu o energii od około 1 do 3 keV. Energia wiązki jonów powoduje, że uderza ona i usuwa materiał powierzchniowy. Proces trawienia jest anizotropowy w przypadku pionowych lub ukośnych wiązek jonów. Jednak ze względu na brak selektywności nie ma wyraźnego rozróżnienia między materiałami na różnych poziomach. Wytworzone gazy i wytrawione materiały są usuwane przez pompę próżniową, ale ponieważ produktami reakcji nie są gazy, cząstki osadzają się na płytkach lub ściankach komory.
Aby zapobiec tworzeniu się cząstek, do komory można wprowadzić drugi gaz. Gaz ten będzie reagował z jonami argonu i spowoduje proces trawienia fizycznego i chemicznego. Część gazu będzie reagować z materiałem powierzchniowym, ale będzie również reagować z wypolerowanymi cząstkami, tworząc gazowe produkty uboczne. Tą metodą można trawić prawie wszystkie rodzaje materiałów. Ze względu na promieniowanie pionowe zużycie ścian pionowych jest bardzo małe (wysoka anizotropia). Jednak ze względu na niską selektywność i powolne tempo trawienia proces ten jest rzadko stosowany w obecnej produkcji półprzewodników.
2. Trawienie plazmowe
Trawienie plazmowe jest procesem całkowitego trawienia chemicznego, znanym również jako trawienie chemiczne na sucho. Jego zaletą jest to, że nie powoduje uszkodzeń jonowych powierzchni płytki. Ponieważ substancje aktywne w gazie trawiącym mogą się swobodnie poruszać, a proces trawienia jest izotropowy, metoda ta nadaje się do usuwania całej warstwy folii (na przykład czyszczenie tylnej strony po utlenianiu termicznym).
Reaktor dalszy to typ reaktora powszechnie stosowanego do trawienia plazmowego. W tym reaktorze plazma jest generowana poprzez jonizację uderzeniową w polu elektrycznym o wysokiej częstotliwości 2,45 GHz i oddzielana od płytki.
W obszarze wyładowania gazu w wyniku uderzenia i wzbudzenia powstają różne cząstki, w tym wolne rodniki. Wolne rodniki to obojętne atomy lub cząsteczki z nienasyconymi elektronami, dzięki czemu są wysoce reaktywne. W procesie trawienia plazmowego często stosuje się gazy obojętne, takie jak tetrafluorometan (CF4), które wprowadza się do obszaru wyładowania gazu w celu wytworzenia substancji aktywnych w drodze jonizacji lub rozkładu.
Na przykład gaz CF4 jest wprowadzany do obszaru wyładowania gazu i rozkładany na rodniki fluoru (F) i cząsteczki difluorku węgla (CF2). Podobnie fluor (F) można rozłożyć z CF4 przez dodanie tlenu (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Cząsteczka fluoru może rozdzielić się na dwa niezależne atomy fluoru pod wpływem energii obszaru wyładowania gazowego, z których każdy jest wolnym rodnikiem fluoru. Ponieważ każdy atom fluoru ma siedem elektronów walencyjnych i ma tendencję do osiągania konfiguracji elektronicznej gazu obojętnego, wszystkie są bardzo reaktywne. Oprócz obojętnych wolnych rodników fluoru w obszarze wyładowania gazu będą naładowane cząstki, takie jak CF+4, CF+3, CF+2 itp. Następnie wszystkie te cząstki i wolne rodniki wprowadzane są do komory trawienia poprzez rurkę ceramiczną.
Naładowane cząstki można blokować za pomocą siatek ekstrakcyjnych lub ponownie łączyć w procesie tworzenia obojętnych cząsteczek, aby kontrolować ich zachowanie w komorze trawienia. Wolne rodniki fluoru również ulegną częściowej rekombinacji, ale nadal są wystarczająco aktywne, aby przedostać się do komory trawienia, wejść w reakcję chemiczną na powierzchni płytki i spowodować zdzieranie materiału. Pozostałe cząstki obojętne nie biorą udziału w procesie trawienia i są zużywane wraz z produktami reakcji.
Przykłady cienkich warstw, które można trawić metodą trawienia plazmowego:
• Krzem: Si + 4F—> SiF4
• Dwutlenek krzemu: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Azotek krzemu: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3.Reaktywne trawienie jonowe (RIE)
Reaktywne trawienie jonowe to proces trawienia chemiczno-fizycznego, który pozwala bardzo dokładnie kontrolować selektywność, profil trawienia, szybkość trawienia, jednorodność i powtarzalność. Może osiągnąć profile trawienia izotropowego i anizotropowego i dlatego jest jednym z najważniejszych procesów tworzenia różnych cienkich warstw w produkcji półprzewodników.
Podczas RIE płytkę umieszcza się na elektrodzie wysokiej częstotliwości (elektrodze HF). W wyniku jonizacji uderzeniowej powstaje plazma, w której znajdują się wolne elektrony i dodatnio naładowane jony. Jeśli do elektrody HF zostanie przyłożone napięcie dodatnie, wolne elektrony gromadzą się na powierzchni elektrody i nie mogą ponownie opuścić elektrody ze względu na ich powinowactwo elektronowe. Dlatego elektrody są ładowane do -1000 V (napięcie polaryzacji), tak że wolne jony nie mogą podążać za szybko zmieniającym się polem elektrycznym w stronę ujemnie naładowanej elektrody.
Podczas trawienia jonowego (RIE), jeśli średnia droga swobodna jonów jest wysoka, uderzają one w powierzchnię płytki w kierunku prawie prostopadłym. W ten sposób przyspieszone jony wybijają materiał i wchodzą w reakcję chemiczną poprzez trawienie fizyczne. Ponieważ boczne ściany boczne nie są naruszone, profil trawienia pozostaje anizotropowy, a zużycie powierzchni jest niewielkie. Jednakże selektywność nie jest zbyt wysoka, ponieważ zachodzi również proces fizycznego trawienia. Ponadto przyspieszenie jonów powoduje uszkodzenie powierzchni płytki, które w celu naprawy wymaga wyżarzania termicznego.
Chemiczna część procesu trawienia jest zakończona przez wolne rodniki reagujące z powierzchnią i jonami fizycznie uderzającymi w materiał, tak że nie osadza się on ponownie na płytce lub ściankach komory, unikając zjawiska ponownego osadzania, takiego jak trawienie wiązką jonów. Zwiększając ciśnienie gazu w komorze trawienia, zmniejsza się średnia droga swobodna jonów, co zwiększa liczbę zderzeń pomiędzy jonami i cząsteczkami gazu, a jony są rozpraszane w większej liczbie różnych kierunków. Powoduje to mniej kierunkowe trawienie, przez co proces trawienia jest bardziej chemiczny.
Anizotropowe profile trawienia uzyskuje się poprzez pasywację ścian bocznych podczas trawienia krzemem. Tlen wprowadzany jest do komory trawienia, gdzie reaguje z trawionym krzemem, tworząc dwutlenek krzemu, który osadza się na pionowych ściankach bocznych. W wyniku bombardowania jonowego warstwa tlenku na obszarach poziomych zostaje usunięta, umożliwiając kontynuację procesu trawienia bocznego. Dzięki tej metodzie można kontrolować kształt profilu trawienia i nachylenie ścian bocznych.
Na szybkość trawienia wpływają takie czynniki, jak ciśnienie, moc generatora HF, gaz procesowy, rzeczywiste natężenie przepływu gazu i temperatura płytki, a zakres zmienności utrzymuje się poniżej 15%. Anizotropia wzrasta wraz ze wzrostem mocy HF, spadkiem ciśnienia i spadkiem temperatury. Jednorodność procesu trawienia zależy od gazu, odstępu między elektrodami i materiału elektrody. Jeśli odległość elektrod jest zbyt mała, plazma nie może być równomiernie rozproszona, co powoduje niejednorodność. Zwiększenie odległości elektrod zmniejsza szybkość trawienia, ponieważ plazma jest rozprowadzana w większej objętości. Węgiel jest preferowanym materiałem elektrody, ponieważ wytwarza równomiernie naprężoną plazmę, w wyniku czego na krawędź płytki wpływa się w taki sam sposób, jak na środek płytki.
Gaz procesowy odgrywa ważną rolę w selektywności i szybkości trawienia. W przypadku krzemu i związków krzemu do wytrawiania stosuje się głównie fluor i chlor. Wybór odpowiedniego gazu, regulacja przepływu i ciśnienia gazu oraz kontrolowanie innych parametrów, takich jak temperatura i moc w procesie, pozwala osiągnąć pożądaną szybkość trawienia, selektywność i jednorodność. Optymalizacja tych parametrów jest zwykle dostosowywana do różnych zastosowań i materiałów.
Proces trawienia nie ogranicza się do jednego gazu, mieszaniny gazów lub ustalonych parametrów procesu. Na przykład natywny tlenek z polikrzemu można najpierw usunąć z dużą szybkością trawienia i niską selektywnością, podczas gdy polikrzem można wytrawić później z większą selektywnością w porównaniu z leżącymi pod spodem warstwami.
—————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera może zapewnićczęści grafitowe, miękki/sztywny filc, części z węglika krzemu,Części z węglika krzemu CVD,ICzęści pokryte SiC/TaC z za 30 dni.
Jeśli interesują Cię powyższe produkty półprzewodnikowe,Nie wahaj się z nami skontaktować po raz pierwszy.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP:+86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Czas publikacji: 12 września 2024 r