Proces suhog jetkanja obično se sastoji od četiri osnovna stanja: prije jetkanja, djelomično jetkanje, samo jetkanje i preko jetkanja. Glavne karakteristike su brzina nagrizanja, selektivnost, kritična dimenzija, uniformnost i detekcija krajnje tačke.
Slika 1 Prije graviranja
Slika 2 Djelomično graviranje
Slika 3 Samo graviranje
Slika 4 Preko graviranja
(1) Brzina jetkanja: dubina ili debljina ugraviranog materijala uklonjenog u jedinici vremena.
Slika 5 Dijagram brzine nagrizanja
(2) Selektivnost: omjer brzina jetkanja različitih materijala za jetkanje.
Slika 6 Dijagram selektivnosti
(3) Kritična dimenzija: veličina uzorka u određenom području nakon što je graviranje završeno.
Slika 7 Dijagram kritičnih dimenzija
(4) Ujednačenost: za merenje uniformnosti kritične dimenzije jetkanja (CD), generalno karakterisane punom mapom CD-a, formula je: U=(Max-Min)/2*AVG.
Slika 8 Šematski dijagram uniformnosti
(5) Detekcija krajnje tačke: Tokom procesa graviranja, konstantno se detektuje promena intenziteta svetlosti. Kada se određeni intenzitet svjetlosti značajno poveća ili smanji, graviranje se prekida kako bi se označio završetak određenog sloja jetkanja filma.
Slika 9 Šematski dijagram krajnje tačke
Kod suhog jetkanja, plin se pobuđuje visokom frekvencijom (uglavnom 13,56 MHz ili 2,45 GHz). Pri pritisku od 1 do 100 Pa, njegov srednji slobodni put je nekoliko milimetara do nekoliko centimetara. Postoje tri glavne vrste suhog graviranja:
•Fizičko suho nagrizanje: ubrzane čestice fizički troše površinu vafla
•Hemijsko suvo nagrizanje: plin kemijski reagira s površinom pločice
•Hemijsko fizičko suvo jetkanje: proces fizičkog jetkanja sa hemijskim karakteristikama
1. Jetkanje jonskim snopom
Jetkanje ionskim snopom (Ion Beam Etching) je fizički proces suhe obrade koji koristi visokoenergetski snop jona argona s energijom od oko 1 do 3 keV za ozračivanje površine materijala. Energija jonskog snopa uzrokuje udar i uklanjanje površinskog materijala. Proces jetkanja je anizotropan u slučaju vertikalnih ili kosih upadnih snopova jona. Međutim, zbog nedostatka selektivnosti, ne postoji jasna razlika između materijala na različitim nivoima. Nastali plinovi i urezani materijali se iscrpljuju vakuum pumpom, ali pošto produkti reakcije nisu plinovi, čestice se talože na pločicu ili zidove komore.
Da bi se spriječilo stvaranje čestica, drugi plin se može uvesti u komoru. Ovaj plin će reagirati s ionima argona i uzrokovati fizički i kemijski proces jetkanja. Dio plina će reagirati s površinskim materijalom, ali će također reagirati i sa poliranim česticama kako bi se formirale plinovite nusproizvode. Ovom metodom mogu se urezati gotovo sve vrste materijala. Zbog vertikalnog zračenja, habanje vertikalnih zidova je vrlo malo (visoka anizotropija). Međutim, zbog svoje niske selektivnosti i spore brzine jetkanja, ovaj proces se rijetko koristi u trenutnoj proizvodnji poluvodiča.
2. Plazma graviranje
Plazma jetkanje je apsolutni proces hemijskog jetkanja, poznat i kao hemijsko suvo jetkanje. Njegova prednost je u tome što ne uzrokuje oštećenje jonima na površini pločice. Budući da se aktivne vrste u plinu za jetkanje slobodno kreću i proces jetkanja je izotropan, ova metoda je prikladna za uklanjanje cijelog sloja filma (na primjer, čišćenje stražnje strane nakon termičke oksidacije).
Nizvodni reaktor je tip reaktora koji se obično koristi za jetkanje plazmom. U ovom reaktoru, plazma se stvara udarnom jonizacijom u visokofrekventnom električnom polju od 2,45 GHz i odvaja se od pločice.
U području pražnjenja plina uslijed udara i ekscitacije nastaju različite čestice, uključujući slobodne radikale. Slobodni radikali su neutralni atomi ili molekule sa nezasićenim elektronima, pa su vrlo reaktivni. U procesu jetkanja plazmom, često se koriste neki neutralni plinovi, kao što je tetrafluorometan (CF4), koji se unose u područje plinskog pražnjenja kako bi se stvorile aktivne vrste jonizacijom ili razgradnjom.
Na primjer, u plinu CF4, on se unosi u područje pražnjenja plina i razlaže na radikale fluora (F) i molekule ugljičnog difluorida (CF2). Slično, fluor (F) se može razložiti iz CF4 dodavanjem kiseonika (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Molekul fluora se može podijeliti na dva nezavisna atoma fluora pod energijom područja pražnjenja plina, od kojih je svaki slobodni radikal fluora. Pošto svaki atom fluora ima sedam valentnih elektrona i teži da postigne elektronsku konfiguraciju inertnog gasa, svi su oni vrlo reaktivni. Pored neutralnih slobodnih radikala fluora, u području pražnjenja gasa biće naelektrisane čestice kao što su CF+4, CF+3, CF+2 itd. Nakon toga, sve ove čestice i slobodni radikali se unose u komoru za nagrizanje kroz keramičku cijev.
Nabijene čestice mogu biti blokirane ekstrakcijskim rešetkama ili rekombinovane u procesu formiranja neutralnih molekula kako bi se kontroliralo njihovo ponašanje u komori za nagrizanje. Slobodni radikali fluora će također proći djelomičnu rekombinaciju, ali su i dalje dovoljno aktivni da uđu u komoru za nagrizanje, kemijski reagiraju na površini pločice i uzrokuju skidanje materijala. Ostale neutralne čestice ne učestvuju u procesu jetkanja i troše se zajedno sa produktima reakcije.
Primjeri tankih filmova koji se mogu urezati plazma jetkanjem:
• Silicijum: Si + 4F—> SiF4
• Silicijum dioksid: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Silicijum nitrid: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Reaktivno ionsko jetkanje (RIE)
Reaktivno ionsko jetkanje je hemijsko-fizički proces jetkanja koji može vrlo precizno kontrolirati selektivnost, profil jetkanja, brzinu jetkanja, uniformnost i ponovljivost. Može postići izotropne i anizotropne profile jetkanja i stoga je jedan od najvažnijih procesa za izgradnju različitih tankih filmova u proizvodnji poluvodiča.
Tokom RIE, pločica se postavlja na visokofrekventnu elektrodu (HF elektroda). Udarnom jonizacijom stvara se plazma u kojoj postoje slobodni elektroni i pozitivno nabijeni ioni. Ako se na VF elektrodu primijeni pozitivan napon, slobodni elektroni se akumuliraju na površini elektrode i ne mogu ponovo napustiti elektrodu zbog svog afiniteta prema elektronima. Zbog toga su elektrode napunjene do -1000V (napon napona) tako da spori ioni ne mogu pratiti električno polje koje se brzo mijenja do negativno nabijene elektrode.
Tokom ionskog jetkanja (RIE), ako je srednja slobodna putanja jona visoka, oni udaraju o površinu pločice u gotovo okomitom smjeru. Na taj način ubrzani ioni izbijaju materijal i formiraju kemijsku reakciju putem fizičkog jetkanja. Budući da bočne bočne stijenke nisu zahvaćene, profil nagrizanja ostaje anizotropan, a površinsko trošenje je malo. Međutim, selektivnost nije velika jer se također događa i fizički proces jetkanja. Osim toga, ubrzanje jona uzrokuje oštećenje površine pločice, što zahtijeva termičko žarenje da bi se popravilo.
Hemijski dio procesa jetkanja završava se tako što slobodni radikali reagiraju s površinom i ioni fizički udaraju u materijal tako da se ne taloži na pločicu ili zidove komore, izbjegavajući fenomen ponovnog taloženja poput jetkanja ionskim snopom. Povećanjem tlaka plina u komori za jetkanje, srednja slobodna putanja jona se smanjuje, što povećava broj sudara između jona i molekula plina, a ioni se raspršuju u više različitih smjerova. Ovo rezultira manje usmjerenim jetkanjem, čineći proces jetkanja više kemijskim.
Profili anizotropnog jetkanja postižu se pasivizacijom bočnih zidova tokom silikonskog jetkanja. Kiseonik se uvodi u komoru za jetkanje, gde reaguje sa ugraviranim silicijumom da formira silicijum dioksid, koji se taloži na vertikalnim bočnim zidovima. Zbog ionskog bombardiranja, oksidni sloj na horizontalnim područjima se uklanja, omogućavajući nastavak procesa bočnog jetkanja. Ovom metodom se može kontrolirati oblik profila jetkanja i strmina bočnih zidova.
Na brzinu nagrizanja utiču faktori kao što su pritisak, snaga VF generatora, procesni gas, stvarni protok gasa i temperatura pločice, a opseg varijacije se održava ispod 15%. Anizotropija se povećava sa povećanjem VF snage, smanjenjem pritiska i opadanjem temperature. Ujednačenost procesa jetkanja određena je plinom, razmakom između elektroda i materijalom elektrode. Ako je udaljenost elektroda premala, plazma se ne može ravnomjerno raspršiti, što rezultira neujednačenošću. Povećanje udaljenosti elektroda smanjuje brzinu jetkanja jer je plazma raspoređena u većem volumenu. Ugljik je poželjni materijal za elektrode jer proizvodi ujednačenu napregnutu plazmu tako da se na rub pločice utiče na isti način kao i na centar pločice.
Procesni plin igra važnu ulogu u selektivnosti i brzini jetkanja. Za silicijum i silicijumske spojeve, fluor i hlor se uglavnom koriste za postizanje jetkanja. Odabirom odgovarajućeg plina, podešavanjem protoka i tlaka plina i kontrolom drugih parametara kao što su temperatura i snaga u procesu može se postići željena brzina nagrizanja, selektivnost i uniformnost. Optimizacija ovih parametara se obično prilagođava različitim aplikacijama i materijalima.
Proces jetkanja nije ograničen na jedan plin, mješavinu plina ili fiksne parametre procesa. Na primjer, prirodni oksid na polisilicijumu se može prvo ukloniti uz visoku stopu jetkanja i nisku selektivnost, dok se polisilicijum može kasnije nagrizati sa većom selektivnošću u odnosu na slojeve ispod.
—————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera može pružitigrafitnih dijelova, mekani/čvrsti filc, dijelovi od silicijum karbida,CVD dijelovi od silicijum karbida,andDijelovi obloženi SiC/TaC sa za 30 dana.
Ako ste zainteresovani za gore navedene poluprovodničke proizvode,molimo ne ustručavajte se kontaktirati nas prvi put.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP:+86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Vrijeme objave: Sep-12-2024