Technologia procesu trawienia półprzewodników

Trawienie lub wytrawianie to kluczowy etap w produkcji półprzewodników, produkcji układów scalonych mikroelektroniki oraz procesach wytwarzania mikro/nano. Jest to podstawowy proces modelowania związany z fotolitografią. W wąskim znaczeniu trawienie jest zasadniczo trawieniem fotolitograficznym, podczas którego fotomaska ​​jest najpierw naświetlana za pomocą fotolitografii, a następnie stosuje się inne metody w celu wytrawienia niepożądanego materiału. Trawienie to proces selektywnego usuwania niepożądanego materiału z powierzchni płytki krzemowej za pomocą metod chemicznych lub fizycznych. Jego podstawowym celem jest dokładne odwzorowanie wzoru maski na powleczonej płytce krzemowej. Wraz z rozwojem procesów mikrofabrykacji, trawienie stało się ogólnie ogólnym terminem określającym usuwanie i usuwanie materiału za pomocą roztworów, jonów reaktywnych lub innych metod mechanicznych, stając się powszechnym terminem w mikrofabrykacji.

Trawienie można ogólnie podzielić na dwa typy: trawienie na mokro i trawienie na sucho. Podczas trawienia na sucho gaz jest wzbudzany przy wysokich częstotliwościach (głównie 13,56 MHz lub 2,45 GHz). Pod ciśnieniem od 1 do 100 Pa jego średnia swobodna droga waha się od kilku milimetrów do kilku centymetrów. Istnieją trzy główne typy suchego trawienia:

• Fizyczne trawienie na sucho: przyspiesza fizyczne zużycie cząstek na powierzchni płytki;

• Trawienie chemiczne na sucho: Gaz reaguje chemicznie z powierzchnią płytki;

• Chemiczno-fizyczne trawienie na sucho: proces fizycznego trawienia o właściwościach chemicznych;

1. Trawienie wiązką jonów

Trawienie wiązką jonów jest procesem fizycznego trawienia na sucho. Jony argonu są wypromieniowywane na powierzchnię wiązką jonów o napięciu około 1 do 3 keV. Dzięki energii jonów bombardują one materiał powierzchniowy. Płytkę wprowadza się pionowo lub pod kątem do wiązki jonów, a proces trawienia jest całkowicie anizotropowy. Selektywność jest niska, ponieważ nie rozróżnia warstw. Gaz i polerowany materiał są usuwane za pomocą pompy próżniowej; jednakże, ponieważ produkty reakcji nie są gazowe, cząstki mogą osadzać się na płytkach lub ścianach komory.

Aby uniknąć tych cząstek, do komory wprowadza się drugi gaz. Gaz ten reaguje z jonami argonu, indukując proces fizykochemicznego trawienia. Część gazu reaguje z powierzchnią, ale część reaguje z wypolerowanymi cząstkami, tworząc gazowe produkty uboczne. Tą metodą można trawić prawie wszystkie materiały. Ze względu na promieniowanie pionowe zużycie ścian pionowych jest bardzo niskie (wysoka anizotropia). Jednak ze względu na niską selektywność i niską szybkość trawienia proces ten jest rzadko stosowany w nowoczesnej produkcji półprzewodników.

2. Trawienie plazmowe

Trawienie plazmowe jest procesem całkowicie chemicznym (chemiczne trawienie na sucho). Jego zaletą jest to, że powierzchnia płytki nie ulega uszkodzeniu przez przyspieszone jony. Ze względu na ruchome cząsteczki gazu trawiącego profil trawienia jest izotropowy, dzięki czemu metoda ta nadaje się do usuwania całych warstw folii (np. czyszczenie tylnej strony po utlenianiu termicznym).

Jednym z typów reaktorów stosowanych do trawienia plazmowego jest reaktor dalszy. Plazma jest zapalana z wysoką częstotliwością 2,45 GHz poprzez jonizację uderzeniową, a miejsce jonizacji uderzeniowej oddziela się od płytki.

W obszarze wyładowania gazu w wyniku uderzenia obecne są różne cząstki, w tym wolne rodniki. Wolne rodniki to obojętne atomy lub cząsteczki z nienasyconymi elektronami i dlatego są wysoce reaktywne. Jako gaz obojętny, tetrafluorometan (CF4) jest wprowadzany do obszaru wyładowania gazu i rozdziela się na cząsteczki CF2 i fluoru (F2). Podobnie fluor można oddzielić od CF4 dodając tlen (O2):

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

Cząsteczkę fluoru można rozbić na dwa oddzielne atomy fluoru na podstawie energii w obszarze wyładowania gazowego: każdy atom fluoru jest wolnym rodnikiem fluoru, ponieważ każdy atom ma siedem elektronów walencyjnych i ma na celu osiągnięcie konfiguracji gazu obojętnego. Oprócz obojętnych wolnych rodników istnieje kilka częściowo naładowanych cząstek (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Wszystkie cząsteczki, wolne rodniki itp. następnie dostają się do komory trawienia przez ceramiczną rurkę. Naładowane cząstki można zablokować w komorze trawienia za pomocą siatki ekstrakcyjnej lub ponownie połączyć podczas tworzenia obojętnych cząsteczek. Rodniki fluorowe również częściowo się rekombinują, ale w wystarczającej ilości, aby dotrzeć do komory trawienia, zareagować na powierzchni płytki i spowodować chemiczne ścieranie. Inne obojętne cząstki nie biorą udziału w procesie trawienia i są usuwane 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. Charakterystyka reaktywnego trawienia jonowego (RIE): selektywność, profil trawienia, szybkość trawienia, jednorodność i powtarzalność być kontrolowane bardzo precyzyjnie w procesie trawienia jonami reaktywnymi. Możliwe są profile trawienia izotropowego i anizotropowego. Dlatego RIE jest procesem chemicznego wytrawiania fizycznego i najważniejszym procesem w produkcji półprzewodników służącym do konstruowania szerokiej gamy cienkich warstw. W komorze procesowej płytkę umieszcza się na elektrodzie wysokiej częstotliwości (elektroda HF). Plazma powstaje w wyniku jonizacji uderzeniowej, podczas której pojawiają się wolne elektrony i dodatnio naładowane jony. Jeśli na elektrodzie HF znajduje się napięcie dodatnie, wolne elektrony gromadzą się na niej i nie mogą ponownie opuścić elektrody ze względu na ich powinowactwo elektronowe. Dlatego elektroda jest ładowana do -1000 V (napięcie polaryzacji). Powolne jony, które nie mogą podążać za szybko zmiennym polem, przemieszczają się w kierunku ujemnie naładowanej elektrody.

Jeśli średnia droga swobodna jonów jest wysoka, cząstki bombardują powierzchnię płytki pod niemal prostopadłymi kątami. W ten sposób materiał jest wyrzucany z powierzchni przez przyspieszone jony (trawienie fizyczne), a niektóre cząsteczki wchodzą również w reakcję chemiczną z powierzchnią. Boczne ściany boczne pozostają nienaruszone, więc nie ma zużycia, a profil trawienia pozostaje anizotropowy. Selektywność nie jest zbyt mała, ale nie jest też zbyt duża ze względu na proces fizycznego trawienia. Ponadto powierzchnia płytki jest uszkadzana przez przyspieszone jony i musi zostać utwardzona poprzez wyżarzanie termiczne. Chemiczna część procesu trawienia odbywa się poprzez reakcję wolnych rodników z powierzchnią i fizycznie frezowanym materiałem, dzięki czemu nie osadza się on ponownie na płytce lub ściankach komory, jak ma to miejsce w przypadku trawienia wiązką jonów. Zwiększając ciśnienie w komorze trawienia, zmniejsza się średnia swobodna droga cząstek. Dlatego dochodzi do większej liczby zderzeń, a cząstki przemieszczają się w różnych kierunkach. Powoduje to mniejsze trawienie kierunkowe, a proces trawienia uzyskuje więcej właściwości chemicznych. Zwiększona selektywność skutkuje bardziej izotropowym profilem trawienia. Anizotropowe profile trawienia uzyskuje się poprzez pasywację ścian bocznych podczas trawienia krzemem. Tlen w komorze trawienia reaguje ze zmielonym krzemem, tworząc dwutlenek krzemu, który osadza się na pionowych ściankach bocznych. Warstwa tlenku w obszarach poziomych jest usuwana w wyniku bombardowania jonami, co pozwala na kontynuację procesu trawienia bocznego.

Szybkość trawienia zależy od ciśnienia, mocy generatora wysokiej częstotliwości, gazu procesowego, rzeczywistego natężenia przepływu gazu i temperatury płytki. Anizotropia wzrasta wraz ze wzrostem mocy wysokiej częstotliwości, spadkiem ciśnienia i spadkiem temperatury. Jednorodność procesu trawienia zależy od gazu, odległości między dwiema elektrodami i materiału elektrody. Jeśli odległość jest zbyt mała, plazma nie może być równomiernie rozproszona, co powoduje niejednorodność. Zwiększanie odległości elektrod zmniejsza szybkość trawienia, ponieważ plazma jest rozprowadzana w zwiększonej objętości. W przypadku elektrod preferowanym materiałem okazał się węgiel. Ponieważ fluor i chlor również atakują węgiel, elektrody wytwarzają równomiernie naprężoną plazmę, w związku z czym krawędzie płytki ulegają wpływowi w taki sam sposób, jak środek płytki.

Selektywność i szybkość trawienia zależą w dużym stopniu od gazu procesowego. W przypadku krzemu i związków krzemu stosuje się przede wszystkim fluor i chlor.

Procesy trawienia nie ograniczają się do pojedynczego gazu, mieszaniny gazów lub stałych parametrów procesu. Na przykład tlenki natywne na polikrzemie można najpierw usunąć przy dużej szybkości trawienia i niskiej selektywności, a następnie przeprowadzić trawienie polikrzemu z wyższą selektywnością w porównaniu z leżącymi pod spodem warstwami.

Semicorex oferuje różneKomponenty SiCw procesie trawienia. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com