Jedno wprowadzenie
Trawienie w procesie produkcji układów scalonych dzieli się na:
-Mokre trawienie;
-Wytrawianie na sucho.
Na początku szeroko stosowano trawienie na mokro, ale ze względu na ograniczenia w kontroli szerokości linii i kierunkowości trawienia, większość procesów po 3 μm wykorzystuje trawienie na sucho. Trawienie na mokro służy wyłącznie do usuwania niektórych specjalnych warstw materiału i czyszczenia pozostałości.
Trawienie na sucho oznacza proces wykorzystujący gazowe chemiczne środki trawiące do reakcji z materiałami znajdującymi się na płytce w celu wytrawienia części materiału, który ma zostać usunięty, i wytworzenia lotnych produktów reakcji, które następnie są ekstrahowane z komory reakcyjnej. Trawienie jest zwykle wytwarzane bezpośrednio lub pośrednio z plazmy gazu trawiącego, dlatego trawienie na sucho nazywane jest również trawieniem plazmowym.
1.1 Plazma
Plazma to gaz w stanie słabo zjonizowanym, powstający w wyniku wyładowania jarzeniowego gazu trawiącego pod działaniem zewnętrznego pola elektromagnetycznego (na przykład generowanego przez zasilacz o częstotliwości radiowej). Zawiera elektrony, jony i neutralne cząstki aktywne. Wśród nich aktywne cząstki mogą bezpośrednio reagować chemicznie z wytrawionym materiałem, powodując wytrawienie, ale ta czysta reakcja chemiczna zwykle zachodzi tylko w bardzo małej liczbie materiałów i nie ma charakteru kierunkowego; gdy jony mają określoną energię, można je wytrawić poprzez bezpośrednie fizyczne rozpylanie, ale szybkość trawienia w tej czysto fizycznej reakcji jest wyjątkowo niska, a selektywność bardzo słaba.
Większość trawienia plazmowego odbywa się przy jednoczesnym udziale cząstek aktywnych i jonów. W procesie tym bombardowanie jonami spełnia dwie funkcje. Jednym z nich jest zniszczenie wiązań atomowych na powierzchni wytrawionego materiału, zwiększając w ten sposób szybkość reakcji z nim cząstek obojętnych; drugim jest strącenie produktów reakcji osadzonych na powierzchni styku reakcji, aby ułatwić pełne zetknięcie się środka trawiącego z powierzchnią wytrawionego materiału, tak aby trawienie było kontynuowane.
Produkty reakcji osadzone na ściankach bocznych wytrawionej struktury nie mogą być skutecznie usunięte poprzez kierunkowe bombardowanie jonowe, blokując w ten sposób trawienie ścian bocznych i tworząc trawienie anizotropowe.
Drugi proces trawienia
2.1 Trawienie na mokro i czyszczenie
Trawienie na mokro to jedna z najwcześniejszych technologii stosowanych w produkcji układów scalonych. Chociaż większość procesów trawienia na mokro została zastąpiona anizotropowym trawieniem na sucho ze względu na trawienie izotropowe, nadal odgrywa ono ważną rolę w czyszczeniu niekrytycznych warstw o większych rozmiarach. Szczególnie w przypadku wytrawiania pozostałości po usunięciu tlenków i usuwania naskórka jest bardziej skuteczny i ekonomiczny niż wytrawianie na sucho.
Przedmioty trawienia na mokro obejmują głównie tlenek krzemu, azotek krzemu, krzem monokrystaliczny i krzem polikrystaliczny. Trawienie na mokro tlenku krzemu zwykle wykorzystuje kwas fluorowodorowy (HF) jako główny nośnik chemiczny. W celu poprawy selektywności w procesie stosuje się rozcieńczony kwas fluorowodorowy buforowany fluorkiem amonu. W celu utrzymania stałej wartości pH można dodać niewielką ilość mocnego kwasu lub innych pierwiastków. Domieszkowany tlenek krzemu jest łatwiejszy do korozji niż czysty tlenek krzemu. Mokre usuwanie chemiczne stosuje się głównie do usuwania fotorezystu i twardej maski (azotku krzemu). Gorący kwas fosforowy (H3PO4) jest główną cieczą chemiczną stosowaną do mokrego chemicznego odpędzania w celu usunięcia azotku krzemu i ma dobrą selektywność w stosunku do tlenku krzemu.
Czyszczenie na mokro jest podobne do trawienia na mokro i usuwa głównie zanieczyszczenia z powierzchni płytek krzemowych poprzez reakcje chemiczne, w tym cząstki, materię organiczną, metale i tlenki. Główną metodą czyszczenia na mokro jest mokra metoda chemiczna. Chociaż czyszczenie na sucho może zastąpić wiele metod czyszczenia na mokro, nie ma metody, która całkowicie zastąpi czyszczenie na mokro.
Powszechnie stosowane środki chemiczne do czyszczenia na mokro obejmują kwas siarkowy, kwas solny, kwas fluorowodorowy, kwas fosforowy, nadtlenek wodoru, wodorotlenek amonu, fluorek amonu itp. W praktycznych zastosowaniach jeden lub więcej środków chemicznych miesza się z wodą dejonizowaną w określonej proporcji, zgodnie z potrzebą tworzą roztwór czyszczący, taki jak SC1, SC2, DHF, BHF itp.
W procesie przed osadzeniem warstwy tlenkowej często stosuje się czyszczenie, ponieważ przygotowanie warstwy tlenkowej musi odbywać się na absolutnie czystej powierzchni płytki krzemowej. Typowy proces czyszczenia płytek krzemowych jest następujący:
2.2 Trawienie na suchoi Sprzątanie
2.2.1 Trawienie na sucho
Trawienie na sucho w przemyśle odnosi się głównie do trawienia plazmowego, które wykorzystuje plazmę o zwiększonej aktywności do wytrawiania określonych substancji. System urządzeń w procesach produkcyjnych na dużą skalę wykorzystuje niskotemperaturową plazmę nierównowagową.
Trawienie plazmowe wykorzystuje głównie dwa tryby wyładowań: wyładowanie sprzężone pojemnościowo i wyładowanie sprzężone indukcyjnie
W trybie rozładowania sprzężonego pojemnościowo: plazma jest wytwarzana i utrzymywana w dwóch równoległych kondensatorach płytowych za pomocą zewnętrznego źródła zasilania o częstotliwości radiowej (RF). Ciśnienie gazu wynosi zwykle od kilku militorów do kilkudziesięciu militorów, a stopień jonizacji jest mniejszy niż 10-5. W trybie wyładowania sprzężonego indukcyjnie: generalnie przy niższym ciśnieniu gazu (dziesiątki militorów) plazma jest wytwarzana i utrzymywana przez indukcyjnie sprzężoną energię wejściową. Szybkość jonizacji jest zwykle większa niż 10-5, dlatego nazywa się ją również plazmą o dużej gęstości. Źródła plazmy o dużej gęstości można również uzyskać poprzez rezonans cyklotronowy i wyładowanie fal cyklotronowych. Plazma o dużej gęstości może zoptymalizować szybkość trawienia i selektywność procesu trawienia, jednocześnie zmniejszając uszkodzenia spowodowane trawieniem poprzez niezależną kontrolę przepływu jonów i energii bombardowania jonami poprzez zewnętrzny zasilacz RF lub mikrofalowy oraz zasilacz polaryzacji RF na podłożu.
Proces trawienia na sucho przebiega następująco: gaz trawiący wtryskuje się do próżniowej komory reakcyjnej, a po ustabilizowaniu się ciśnienia w komorze reakcyjnej, wytwarzana jest plazma w wyniku wyładowania jarzeniowego o częstotliwości radiowej; po uderzeniu szybkich elektronów rozkłada się, tworząc wolne rodniki, które dyfundują na powierzchnię podłoża i są adsorbowane. Pod wpływem bombardowania jonowego zaadsorbowane wolne rodniki reagują z atomami lub cząsteczkami na powierzchni podłoża, tworząc gazowe produkty uboczne, które są usuwane z komory reakcyjnej. Proces pokazano na poniższym rysunku:
Procesy trawienia na sucho można podzielić na cztery następujące kategorie:
(1)Trawienie poprzez rozpylanie fizyczne: Opiera się głównie na energetycznych jonach w plazmie, które bombardują powierzchnię wytrawionego materiału. Liczba rozpylanych atomów zależy od energii i kąta padania cząstek. Gdy energia i kąt pozostają niezmienione, szybkość rozpylania różnych materiałów różni się zwykle tylko 2 do 3 razy, więc nie ma selektywności. Proces reakcji jest głównie anizotropowy.
(2)Trawienie chemiczne: Plazma dostarcza atomy i cząsteczki trawiące w fazie gazowej, które reagują chemicznie z powierzchnią materiału, wytwarzając lotne gazy. Ta czysto chemiczna reakcja ma dobrą selektywność i wykazuje właściwości izotropowe bez uwzględnienia struktury sieci.
Na przykład: Si (stały) + 4F → SiF4 (gazowy), fotomaska + O (gazowy) → CO2 (gazowy) + H2O (gazowy)
(3)Trawienie napędzane energią jonową: Jony to zarówno cząstki powodujące trawienie, jak i cząstki przenoszące energię. Wydajność trawienia takich cząstek przenoszących energię jest o więcej niż jeden rząd wielkości wyższa niż w przypadku prostego trawienia fizycznego lub chemicznego. Wśród nich optymalizacja parametrów fizycznych i chemicznych procesu jest podstawą sterowania procesem trawienia.
(4)Trawienie kompozytu z barierą jonową: Dotyczy to głównie wytwarzania polimerowej warstwy ochronnej stanowiącej barierę przez cząstki kompozytowe podczas procesu trawienia. Plazma wymaga takiej warstwy ochronnej, aby zapobiec reakcji trawienia ścian bocznych podczas procesu trawienia. Na przykład dodanie C do Cl i trawienie Cl2 może wytworzyć podczas trawienia warstwę związku chlorowęglowego, która chroni ściany boczne przed wytrawieniem.
2.2.1 Czyszczenie chemiczne
Czyszczenie na sucho odnosi się głównie do czyszczenia plazmowego. Jony zawarte w plazmie są wykorzystywane do bombardowania czyszczonej powierzchni, a atomy i cząsteczki w stanie aktywowanym oddziałują z czyszczoną powierzchnią, usuwając i spopielając fotomaskę. W przeciwieństwie do trawienia na sucho, parametry procesu czyszczenia na sucho zwykle nie obejmują selektywności kierunkowej, dlatego projekt procesu jest stosunkowo prosty. W procesach produkcyjnych na dużą skalę jako główny składnik plazmy reakcyjnej wykorzystuje się głównie gazy na bazie fluoru, tlen lub wodór. Ponadto dodanie pewnej ilości plazmy argonowej może wzmocnić efekt bombardowania jonami, poprawiając w ten sposób skuteczność czyszczenia.
W procesie czyszczenia na sucho plazmą zwykle stosuje się metodę zdalnej plazmy. Dzieje się tak, ponieważ w procesie czyszczenia oczekuje się zmniejszenia efektu bombardowania jonami w plazmie, aby kontrolować szkody spowodowane bombardowaniem jonami; a wzmocniona reakcja wolnych rodników chemicznych może poprawić skuteczność czyszczenia. Zdalna plazma może wykorzystywać mikrofale do generowania stabilnej plazmy o dużej gęstości poza komorą reakcyjną, generując dużą liczbę wolnych rodników, które przedostają się do komory reakcyjnej w celu osiągnięcia reakcji wymaganej do czyszczenia. Większość przemysłowych źródeł gazu do czyszczenia na sucho wykorzystuje gazy na bazie fluoru, takie jak NF3, a ponad 99% NF3 ulega rozkładowi w plazmie mikrofalowej. W procesie czyszczenia na sucho prawie nie występuje efekt bombardowania jonami, dlatego korzystne jest zabezpieczenie płytki krzemowej przed uszkodzeniem i przedłużenie żywotności komory reakcyjnej.
Trzy urządzenia do mokrego trawienia i czyszczenia
3.1 Zbiornikowa maszyna do czyszczenia płytek
Maszyna do czyszczenia płytek rynnowych składa się głównie z modułu przekładniowego skrzynki transferowej otwieranej z przodu, modułu transmisji załadunku/rozładunku płytek, modułu wlotu powietrza wylotowego, modułu zbiornika cieczy chemicznej, modułu zbiornika wody dejonizowanej, zbiornika suszącego moduł i moduł sterujący. Może czyścić wiele pudełek z waflami jednocześnie i umożliwia suszenie i suszenie wafli.
3.2 Wytrawiacz do płytek okopowych
3.3 Sprzęt do przetwarzania na mokro pojedynczego wafla
Według różnych celów procesu, urządzenia do mokrego procesu pojedynczego wafla można podzielić na trzy kategorie. Pierwszą kategorią są urządzenia do czyszczenia pojedynczych płytek, których cele czyszczenia obejmują cząstki, materię organiczną, naturalną warstwę tlenku, zanieczyszczenia metaliczne i inne zanieczyszczenia; druga kategoria to pojedyncze urządzenia do szorowania płytek, których głównym celem procesu jest usunięcie cząstek z powierzchni płytki; trzecia kategoria to sprzęt do trawienia pojedynczych płytek, używany głównie do usuwania cienkich warstw. Według różnych celów procesu, urządzenia do trawienia pojedynczych płytek można podzielić na dwa typy. Pierwszy typ to sprzęt do łagodnego trawienia, który służy głównie do usuwania warstw uszkodzonych na powierzchni w wyniku implantacji jonów o wysokiej energii; drugi typ to sprzęt do usuwania warstwy protektorowej, który służy głównie do usuwania warstw barierowych po rozcieńczaniu płytek lub polerowaniu chemiczno-mechanicznym.
Z punktu widzenia ogólnej architektury maszyny podstawowa architektura wszystkich typów urządzeń do przetwarzania mokrego pojedynczych płytek jest podobna i zazwyczaj składa się z sześciu części: ramy głównej, systemu przenoszenia płytek, modułu komory, modułu dostarczania i przesyłania cieczy chemicznych, systemu oprogramowania i elektroniczny moduł sterujący.
3.4 Sprzęt do czyszczenia pojedynczych płytek
Urządzenie do czyszczenia pojedynczych płytek zostało zaprojektowane w oparciu o tradycyjną metodę czyszczenia RCA, a jego celem procesu jest oczyszczenie cząstek, materii organicznej, naturalnej warstwy tlenków, zanieczyszczeń metalicznych i innych substancji zanieczyszczających. Jeśli chodzi o zastosowanie procesowe, sprzęt do czyszczenia pojedynczych płytek jest obecnie szeroko stosowany w procesach front-end i back-end w produkcji układów scalonych, w tym czyszczenie przed i po utworzeniu powłoki, czyszczenie po trawieniu plazmowym, czyszczenie po implantacji jonowej, czyszczenie po chemicznej polerowanie mechaniczne i czyszczenie po osadzaniu metalu. Z wyjątkiem procesu wykorzystującego kwas fosforowy w wysokiej temperaturze, urządzenia do czyszczenia pojedynczych płytek są w zasadzie kompatybilne ze wszystkimi procesami czyszczenia.
3.5 Sprzęt do trawienia pojedynczych płytek
Celem procesu urządzeń do trawienia pojedynczych płytek jest głównie trawienie cienkowarstwowe. W zależności od celu procesu można go podzielić na dwie kategorie, a mianowicie sprzęt do trawienia światłem (stosowany do usuwania warstwy uszkodzonej powłoki powierzchniowej spowodowanej implantacją jonów o wysokiej energii) i sprzęt do usuwania warstwy protektorowej (stosowany do usuwania warstwy barierowej po waflu rozcieńczanie lub polerowanie chemiczno-mechaniczne). Materiały, które należy usunąć w procesie, obejmują zazwyczaj krzem, tlenek krzemu, azotek krzemu i warstwy folii metalowej.
Cztery urządzenia do suchego trawienia i czyszczenia
4.1 Klasyfikacja sprzętu do trawienia plazmowego
Oprócz sprzętu do trawienia przez rozpylanie jonowe, który jest zbliżony do czystej reakcji fizycznej i sprzętu do odśluzowywania, który jest bliski czystej reakcji chemicznej, trawienie plazmowe można z grubsza podzielić na dwie kategorie w zależności od różnych technologii wytwarzania plazmy i kontroli:
- Trawienie plazmą pojemnościową (CCP);
- Trawienie plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP).
4.1.1 KPK
Trawienie plazmowe ze sprzężeniem pojemnościowym polega na podłączeniu źródła zasilania o częstotliwości radiowej do jednej lub obu elektrod, górnej i dolnej, w komorze reakcyjnej, a plazma pomiędzy dwiema płytkami tworzy kondensator w uproszczonym obwodzie zastępczym.
Istnieją dwie najwcześniejsze takie technologie:
Jednym z nich jest wczesne trawienie plazmowe, które łączy źródło zasilania RF z górną elektrodą, a dolna elektroda, w której znajduje się płytka, jest uziemiona. Ponieważ wytworzona w ten sposób plazma nie utworzy na powierzchni płytki wystarczająco grubej powłoki jonowej, energia bombardowania jonowego jest niewielka i zwykle wykorzystywana jest w procesach takich jak trawienie krzemu, w których głównym środkiem trawiącym są cząstki aktywne.
Drugim jest wczesne wytrawianie jonów reaktywnych (RIE), które łączy źródło zasilania RF z dolną elektrodą, w której znajduje się płytka, i uziemia górną elektrodę na większym obszarze. Technologia ta umożliwia utworzenie grubszej powłoki jonowej, która nadaje się do procesów trawienia dielektrycznego, które wymagają wyższej energii jonów do udziału w reakcji. Na podstawie wczesnego reaktywnego trawienia jonowego dodaje się pole magnetyczne prądu stałego prostopadłe do pola elektrycznego RF, aby utworzyć dryft ExB, który może zwiększyć ryzyko zderzenia elektronów i cząstek gazu, skutecznie poprawiając w ten sposób stężenie plazmy i szybkość trawienia. Trawienie to nazywa się trawieniem reaktywnym jonami wzmocnionym polem magnetycznym (MERIE).
Powyższe trzy technologie mają wspólną wadę, mianowicie nie można oddzielnie kontrolować stężenia plazmy i jej energii. Na przykład, aby zwiększyć szybkość trawienia, można zastosować metodę zwiększania mocy RF w celu zwiększenia stężenia w osoczu, ale zwiększona moc RF nieuchronnie doprowadzi do wzrostu energii jonów, co spowoduje uszkodzenie urządzeń na opłatek. W ostatniej dekadzie w technologii sprzęgania pojemnościowego przyjęto konstrukcję wielu źródeł RF, które są podłączone odpowiednio do elektrody górnej i dolnej lub obie do elektrody dolnej.
Wybierając i dopasowując różne częstotliwości RF, obszar elektrod, odstępy, materiały i inne kluczowe parametry są ze sobą skoordynowane, co pozwala na maksymalne oddzielenie stężenia w plazmie i energii jonów.
4.1.2 ICP
Trawienie plazmą indukcyjnie sprzężoną polega na umieszczeniu jednego lub większej liczby zestawów cewek podłączonych do źródła zasilania o częstotliwości radiowej na komorze reakcyjnej lub wokół niej. Zmienne pole magnetyczne generowane przez prąd o częstotliwości radiowej w cewce wchodzi do komory reakcyjnej przez okno dielektryczne, aby przyspieszyć elektrony, wytwarzając w ten sposób plazmę. W uproszczonym obwodzie zastępczym (transformatorze) cewka jest indukcyjnością uzwojenia pierwotnego, a plazma jest indukcyjnością uzwojenia wtórnego.
Dzięki tej metodzie sprzęgania można osiągnąć stężenie w osoczu o więcej niż jeden rząd wielkości wyższe niż sprzęganie pojemnościowe przy niskim ciśnieniu. Ponadto drugi zasilacz RF jest podłączony do lokalizacji płytki jako zasilacz polaryzacyjny zapewniający energię bombardowania jonowego. Dlatego stężenie jonów zależy od źródła zasilania cewki, a energia jonów zależy od zasilania polaryzacji, co pozwala uzyskać dokładniejsze oddzielenie stężenia i energii.
4.2 Sprzęt do trawienia plazmowego
Prawie wszystkie środki trawiące stosowane w procesie trawienia na sucho powstają bezpośrednio lub pośrednio z plazmy, dlatego trawienie na sucho często nazywane jest trawieniem plazmowym. Trawienie plazmowe jest rodzajem trawienia plazmowego w szerokim znaczeniu. W dwóch wczesnych konstrukcjach reaktorów płaskich jeden polega na uziemieniu płyty, w której znajduje się płytka, a druga płyta jest podłączona do źródła RF; drugi jest odwrotnie. W pierwszym rozwiązaniu powierzchnia uziemionej płyty jest zwykle większa niż powierzchnia płytki podłączonej do źródła RF, a ciśnienie gazu w reaktorze jest wysokie. Osłona jonowa utworzona na powierzchni płytki jest bardzo cienka, przez co płytka sprawia wrażenie „zanurzonej” w plazmie. Trawienie odbywa się głównie w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy aktywnymi cząsteczkami w plazmie a powierzchnią trawionego materiału. Energia bombardowania jonowego jest bardzo mała, a jej udział w trawieniu bardzo mały. Ten projekt nazywa się trybem trawienia plazmowego. W innej konstrukcji, ze względu na stosunkowo duży stopień udziału bombardowania jonami, nazywa się to trybem trawienia jonami reaktywnymi.
4.3 Sprzęt do trawienia jonami reaktywnymi
Reaktywne trawienie jonowe (RIE) odnosi się do procesu trawienia, w którym jednocześnie biorą udział aktywne cząstki i naładowane jony. Wśród nich cząstki aktywne to głównie cząstki obojętne (znane również jako wolne rodniki), o wysokim stężeniu (około 1% do 10% stężenia gazu), które są głównymi składnikami środka trawiącego. Produkty powstałe w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy nimi a wytrawionym materiałem ulatniają się i są bezpośrednio usuwane z komory reakcyjnej lub gromadzą się na wytrawionej powierzchni; podczas gdy naładowane jony mają niższe stężenie (10-4 do 10-3 stężenia gazu) i są przyspieszane przez pole elektryczne powłoki jonowej utworzonej na powierzchni płytki w celu bombardowania wytrawionej powierzchni. Istnieją dwie główne funkcje naładowanych cząstek. Jednym z nich jest zniszczenie struktury atomowej wytrawionego materiału, przyspieszając w ten sposób szybkość reakcji z nim aktywnych cząstek; drugi polega na bombardowaniu i usunięciu nagromadzonych produktów reakcji, tak aby wytrawiony materiał miał pełny kontakt z cząstkami aktywnymi, dzięki czemu trawienie było kontynuowane.
Ponieważ jony nie biorą bezpośrednio udziału w reakcji trawienia (lub stanowią bardzo małą część, np. usuwanie bombardowania fizycznego i bezpośrednie trawienie chemiczne jonów aktywnych), ściśle rzecz biorąc, powyższy proces trawienia należy nazwać trawieniem wspomaganym jonami. Nazwa trawienie jonami reaktywnymi nie jest dokładna, ale jest używana do dziś. Najwcześniejsze urządzenia RIE wprowadzono do użytku w latach 80. XX wieku. Ze względu na zastosowanie pojedynczego zasilacza RF i stosunkowo prostą konstrukcję komory reakcyjnej ma ona ograniczenia w zakresie szybkości trawienia, jednorodności i selektywności.
4.4 Sprzęt do reaktywnego trawienia jonowego wzmocnionego polem magnetycznym
Urządzenie MERIE (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching) to urządzenie wytrawiające, które jest skonstruowane poprzez dodanie pola magnetycznego prądu stałego do urządzenia RIE z płaskim panelem i ma na celu zwiększenie szybkości trawienia.
Urządzenia MERIE zaczęto stosować na szeroką skalę w latach 90. XX wieku, kiedy urządzenia do trawienia pojedynczych płytek stały się głównym sprzętem w branży. Największą wadą sprzętu MERIE jest to, że niejednorodność rozkładu przestrzennego stężenia plazmy spowodowana polem magnetycznym doprowadzi do różnic prądu lub napięcia w urządzeniu z układem scalonym, powodując w ten sposób uszkodzenie urządzenia. Ponieważ uszkodzenie to jest spowodowane chwilową niejednorodnością, rotacja pola magnetycznego nie jest w stanie go wyeliminować. W miarę zmniejszania się rozmiarów układów scalonych, uszkodzenia ich urządzeń są coraz bardziej wrażliwe na niejednorodność plazmy, a technologia zwiększania szybkości trawienia poprzez wzmacnianie pola magnetycznego jest stopniowo zastępowana technologią planarnego reaktywnego trawienia jonowego z zasilaczami multi-RF, która to technologia trawienia plazmowego ze sprzężeniem pojemnościowym.
4.5 Sprzęt do trawienia plazmowego ze sprzężeniem pojemnościowym
Sprzęt do trawienia plazmą pojemnościową (CCP) to urządzenie, które wytwarza plazmę w komorze reakcyjnej poprzez sprzężenie pojemnościowe poprzez przyłożenie zasilania o częstotliwości radiowej (lub prądu stałego) do płytki elektrody i służy do trawienia. Zasada trawienia jest podobna do zasady działania sprzętu do trawienia jonami reaktywnymi.
Uproszczony schemat ideowy sprzętu do trawienia CCP pokazano poniżej. Zwykle wykorzystuje dwa lub trzy źródła RF o różnych częstotliwościach, a niektóre wykorzystują również zasilacze prądu stałego. Częstotliwość zasilania RF wynosi 800 kHz ~ 162 MHz, a powszechnie używane to 2 MHz, 4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz i 60 MHz. Zasilacze RF o częstotliwości 2 MHz lub 4 MHz są zwykle nazywane źródłami RF o niskiej częstotliwości. Zazwyczaj są one połączone z dolną elektrodą, w której znajduje się płytka. Są bardziej skuteczne w kontrolowaniu energii jonów, dlatego nazywane są również zasilaczami polaryzacyjnymi; Zasilacze RF o częstotliwości powyżej 27 MHz nazywane są źródłami RF wysokiej częstotliwości. Można je podłączyć do elektrody górnej lub dolnej. Są bardziej skuteczne w kontrolowaniu stężenia w osoczu, dlatego nazywane są również zasilaczami źródłowymi. Zasilacz RF 13 MHz znajduje się pośrodku i ogólnie uważa się, że spełnia obie powyższe funkcje, ale jest stosunkowo słabszy. Należy pamiętać, że chociaż stężenie i energia plazmy można w pewnym zakresie regulować mocą źródeł RF o różnych częstotliwościach (tzw. efekt odsprzęgania), to ze względu na charakterystykę sprzężenia pojemnościowego nie można ich regulować i sterować całkowicie niezależnie.
Rozkład energii jonów ma znaczący wpływ na szczegółowość trawienia i uszkodzenia urządzenia, dlatego rozwój technologii optymalizacji rozkładu energii jonów stał się jednym z kluczowych punktów zaawansowanego sprzętu do trawienia. Obecnie technologie, które z powodzeniem zastosowano w produkcji, obejmują napęd hybrydowy multi-RF, superpozycję prądu stałego, RF w połączeniu z polaryzacją impulsu DC oraz synchroniczne impulsowe wyjście RF zasilacza polaryzacyjnego i źródła zasilania.
Sprzęt do trawienia CCP jest jednym z dwóch najczęściej stosowanych typów sprzętu do trawienia plazmowego. Stosowany jest głównie w procesie trawienia materiałów dielektrycznych, takich jak trawienie ścian bocznych bramy i twardej maski na przednim etapie procesu układu logicznego, trawienie otworów kontaktowych na środkowym etapie, trawienie mozaiki i podkładki aluminiowej na tylnym etapie, a także trawienie głębokich rowów, głębokich otworów i otworów stykowych przewodów w procesie chipów pamięci flash 3D (na przykładzie struktury azotku krzemu/tlenku krzemu).
Istnieją dwa główne wyzwania i kierunki ulepszeń, przed którymi stoi sprzęt do trawienia CCP. Po pierwsze, w przypadku zastosowania niezwykle wysokiej energii jonów, zdolność trawienia struktur o wysokim współczynniku proporcji (takich jak trawienie dziur i rowków w pamięci flash 3D wymaga współczynnika wyższego niż 50:1). Obecna metoda zwiększania mocy polaryzacji w celu zwiększenia energii jonów wykorzystuje zasilacze RF o mocy do 10 000 watów. Ze względu na dużą ilość wytwarzanego ciepła należy stale udoskonalać technologię chłodzenia i kontroli temperatury komory reakcyjnej. Po drugie, musi nastąpić przełom w opracowaniu nowych gazów trawiących, aby zasadniczo rozwiązać problem zdolności trawienia.
4.6 Sprzęt do trawienia plazmowego sprzężonego indukcyjnie
Sprzęt do trawienia plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP) to urządzenie, które łączy energię źródła prądu o częstotliwości radiowej z komorą reakcyjną w postaci pola magnetycznego za pośrednictwem cewki indukcyjnej, wytwarzając w ten sposób plazmę do trawienia. Zasada trawienia również należy do uogólnionego trawienia jonami reaktywnymi.
Istnieją dwa główne typy projektów źródeł plazmy dla urządzeń do trawienia ICP. Jedną z nich jest technologia plazmy sprzężonej transformatorowo (TCP) opracowana i wyprodukowana przez firmę Lam Research. Jego cewka indukcyjna jest umieszczona w płaszczyźnie okna dielektrycznego nad komorą reakcyjną. Sygnał RF o częstotliwości 13,56 MHz generuje w cewce zmienne pole magnetyczne, które jest prostopadłe do okna dielektrycznego i promieniowo odbiega od osi cewki będącej środkiem.
Pole magnetyczne wchodzi do komory reakcyjnej przez okno dielektryczne, a zmienne pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne równoległe do okna dielektrycznego w komorze reakcyjnej, osiągając w ten sposób dysocjację gazu trawiącego i wytwarzanie plazmy. Ponieważ zasadę tę można rozumieć jako transformator z cewką indukcyjną jako uzwojeniem pierwotnym i plazmą w komorze reakcyjnej jako uzwojeniem wtórnym, od tej nazwy nazwano trawienie ICP.
Główną zaletą technologii TCP jest to, że strukturę można łatwo skalować. Na przykład w przypadku płytki o średnicy 200 mm na płytkę o średnicy 300 mm TCP może zachować ten sam efekt trawienia, po prostu zwiększając rozmiar cewki.
Inną konstrukcją źródła plazmy jest technologia oddzielonego źródła plazmy (DPS) opracowana i wyprodukowana przez firmę Applied Materials, Inc. ze Stanów Zjednoczonych. Cewka indukcyjna jest trójwymiarowo nawinięta na półkulistym okienku dielektrycznym. Zasada wytwarzania plazmy jest podobna do wspomnianej technologii TCP, jednak skuteczność dysocjacji gazu jest stosunkowo wysoka, co sprzyja uzyskaniu wyższego stężenia plazmy.
Ponieważ wydajność sprzężenia indukcyjnego przy wytwarzaniu plazmy jest wyższa niż sprzężenia pojemnościowego, a plazma jest generowana głównie w obszarze blisko okna dielektrycznego, jej stężenie w plazmie zależy zasadniczo od mocy źródła zasilania podłączonego do cewki indukcyjnej cewki, a energia jonów w osłonie jonowej na powierzchni płytki jest zasadniczo określona przez moc źródła zasilania polaryzacji, dzięki czemu stężenie i energia jonów mogą być niezależnie kontrolowane, osiągając w ten sposób oddzielenie.
Sprzęt do trawienia ICP jest jednym z dwóch najczęściej stosowanych typów sprzętu do trawienia plazmowego. Stosowany jest głównie do trawienia płytkich rowków krzemowych, germanu (Ge), struktur bramek polikrzemowych, konstrukcji bram metalowych, naprężonego krzemu (Sied-Si), drutów metalowych, podkładek metalowych (podkładki), wytrawiania mozaiki metalowych twardych masek i wielu procesów w technologia wielokrotnego obrazowania.
Ponadto wraz z rozwojem trójwymiarowych układów scalonych, czujników obrazu CMOS i systemów mikroelektromechanicznych (MEMS), a także szybkim wzrostem stosowania przelotek krzemowych (TSV), wielkogabarytowych ukośnych otworów i głębokiego trawienia krzemu o różnej morfologii, wielu producentów wprowadziło na rynek sprzęt do trawienia opracowany specjalnie do tych zastosowań. Charakteryzuje się dużą głębokością trawienia (dziesiątki, a nawet setki mikronów), dlatego pracuje głównie w warunkach dużego przepływu gazu, wysokiego ciśnienia i dużej mocy.
—————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera może zapewnićczęści grafitowe, miękki/sztywny filc, części z węglika krzemu, Części z węglika krzemu CVD, ICzęści pokryte SiC/TaCz 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: 31 sierpnia 2024 r