Tehnologija postopka jedkanja polprevodnikov

Jedkanje ali jedkanje je ključni korak v proizvodnji polprevodnikov, mikroelektroniki in mikro/nano proizvodnih procesih. To je primarni postopek vzorčenja, povezan s fotolitografijo. V ožjem smislu je jedkanje v bistvu fotolitografsko jedkanje, kjer se fotorezist najprej izpostavi s fotolitografijo, nato pa se uporabijo druge metode za jedkanje neželenega materiala. Jedkanje je postopek selektivnega odstranjevanja neželenega materiala s površine silicijeve rezine s kemičnimi ali fizikalnimi metodami. Njegov osnovni cilj je natančno ponoviti vzorec maske na prevlečeni silicijevi rezini. Z razvojem procesov mikrofabrikacije je jedkanje na splošno postalo splošen izraz za luščenje in odstranjevanje materiala z uporabo raztopin, reaktivnih ionov ali drugih mehanskih metod, kar je postalo pogost izraz v mikrofabrikaciji.

Jedkanje lahko na splošno razdelimo na dve vrsti: mokro jedkanje in suho jedkanje. Pri suhem jedkanju se plin vzbuja pri visokih frekvencah (predvsem 13,56 MHz ali 2,45 GHz). Pod tlakom od 1 do 100 Pa se njegova povprečna prosta pot giblje od nekaj milimetrov do nekaj centimetrov. Obstajajo tri glavne vrste suhega jedkanja:

• Fizično suho jedkanje: Pospeši fizično obrabo delcev na površini rezin;

• Kemično suho jedkanje: Plin kemično reagira s površino rezin;

• Kemijsko-fizikalno suho jedkanje: fizikalni postopek jedkanja s kemičnimi lastnostmi;

1. Jedkanje z ionskim žarkom

Jedkanje z ionskim žarkom je fizikalni postopek suhega jedkanja. Argonovi ioni sevajo na površino v ionskem žarku približno 1 do 3 keV. Zaradi energije ionov obstreljujejo površinski material. Rezina je vstavljena navpično ali pod kotom v ionski žarek, postopek jedkanja pa je popolnoma anizotropen. Selektivnost je nizka, ker ne razlikuje med plastmi. Plin in poliran material se iztisneta z vakuumsko črpalko; ker pa reakcijski produkti niso plinasti, se lahko delci odlagajo na rezine ali stene komore.

Da bi se izognili tem delcem, se v komoro vnese drugi plin. Ta plin reagira z ioni argona in povzroči fizikalno-kemijski proces jedkanja. Nekaj ​​plina reagira s površino, nekaj pa reagira s poliranimi delci in tvori plinaste stranske produkte. S to metodo je mogoče jedkati skoraj vse materiale. Zaradi vertikalnega sevanja je obraba vertikalnih sten zelo majhna (visoka anizotropija). Vendar pa se zaradi nizke selektivnosti in nizke stopnje jedkanja ta postopek redko uporablja v sodobni proizvodnji polprevodnikov.

2. Plazemsko jedkanje

Plazemsko jedkanje je absolutno kemični postopek jedkanja (kemijsko suho jedkanje). Njegova prednost je, da pospešeni ioni ne poškodujejo površine rezin. Zaradi gibljivih delcev plina za jedkanje je profil jedkanja izotropen, zaradi česar je ta metoda primerna za odstranjevanje celotnih slojev filma (npr. čiščenje zadnje strani po termični oksidaciji).

Ena vrsta reaktorja, ki se uporablja za plazemsko jedkanje, je spodnji reaktor. Plazma se vžge pri visoki frekvenci 2,45 GHz z udarno ionizacijo in mesto udarne ionizacije se loči od rezine.

V območju plinske razelektritve so zaradi udarca prisotni različni delci, tudi prosti radikali. Prosti radikali so nevtralni atomi ali molekule z nenasičenimi elektroni in so zato zelo reaktivni. Kot nevtralni plin se tetrafluorometan (CF4) vnese v območje plinske razelektritve in se loči na CF2 in molekule fluora (F2). Podobno lahko fluor ločimo od CF4 z dodajanjem kisika (O2):

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

Molekulo fluora lahko razdelimo na dva ločena atoma fluora z energijo v območju izpusta plina: vsak atom fluora je prosti radikal fluora, saj ima vsak atom sedem valenčnih elektronov in želi doseči konfiguracijo inertnega plina. Poleg nevtralnih prostih radikalov obstaja več delno nabitih delcev (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Vsi delci, prosti radikali itd. nato vstopijo v komoro za jedkanje skozi keramično cev. Nabite delce je mogoče blokirati iz komore za jedkanje z ekstrakcijsko rešetko ali pa jih rekombinirati med tvorbo nevtralnih molekul. Tudi fluorovi radikali se delno rekombinirajo, vendar dovolj, da dosežejo komoro za jedkanje, reagirajo na površini rezin in povzročijo kemično obrabo. Drugi nevtralni delci niso del procesa jedkanja in se izčrpajo skupaj z reakcijskimi produkti.

Primeri tankih filmov, ki jih je mogoče jedkati s plazemskim jedkanjem: • Silicij: Si + 4F ---> SiF4 • Silicijev dioksid: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Silicijev nitrid: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Značilnosti reaktivnega ionskega jedkanja (RIE): Selektivnost, profil jedkanja, hitrost jedkanja, enakomernost in ponovljivost je mogoče zelo natančno nadzorovati pri reaktivnem ionskem jedkanju. Možni so tako izotropni profili jedkanja kot tudi anizotropni. Zato je RIE kemično fizični postopek jedkanja in je najpomembnejši postopek v proizvodnji polprevodnikov za izdelavo najrazličnejših tankih filmov. V procesni komori je rezina postavljena na visokofrekvenčno elektrodo (HF elektroda). Plazma nastane z udarno ionizacijo, pri kateri se pojavijo prosti elektroni in pozitivno nabiti ioni. Če je VF elektroda na pozitivni napetosti, se na njej kopičijo prosti elektroni, ki zaradi svoje elektronske afinitete ne morejo več zapustiti elektrode. Zato je elektroda napolnjena do -1000 V (prednapetost). Počasni ioni, ki ne morejo slediti hitro izmeničnemu polju, se premikajo proti negativno nabiti elektrodi.

Če je povprečna prosta pot ionov velika, delci bombardirajo površino rezine pod skoraj pravokotnimi koti. Tako se material s pomočjo pospešenih ionov (fizikalno jedkanje) izvrže s površine, nekateri delci pa tudi kemično reagirajo s površino. Stranske stranske stene niso prizadete, zato ni obrabe in jedkani profil ostaja anizotropen. Selektivnost ni premajhna, ni pa prevelika zaradi fizikalnega postopka jedkanja. Poleg tega površino rezine poškodujejo pospešeni ioni in jo je treba utrjevati s termičnim žarjenjem. Kemični del postopka jedkanja se doseže z reakcijo prostih radikalov s površino in materialom, ki se fizično melje, tako da se ne odlaga ponovno na rezino ali stene komore kot pri jedkanju z ionskim žarkom. S povečanjem tlaka v komori za jedkanje se povprečna prosta pot delcev zmanjša. Zato je več trkov, delci pa potujejo v različne smeri. Posledica tega je manj usmerjeno jedkanje, postopek jedkanja pa pridobi več kemičnih lastnosti. Povečana selektivnost povzroči bolj izotropni profil jedkanja. Anizotropni profili jedkanja so doseženi s pasivacijo stranskih sten med jedkanjem silicija. Kisik v komori za jedkanje reagira z mletim silicijem in tvori silicijev dioksid, ki se odlaga na navpične stranske stene. Oksidni film na vodoravnih območjih je odstranjen zaradi ionskega obstreljevanja, kar omogoča nadaljevanje postopka stranskega jedkanja.

Hitrost jedkanja je odvisna od tlaka, moči visokofrekvenčnega generatorja, procesnega plina, dejanskega pretoka plina in temperature rezin. Anizotropija narašča z naraščajočo visokofrekvenčno močjo, padajočim tlakom in padajočo temperaturo. Enakomernost postopka jedkanja je odvisna od plina, razdalje med elektrodama in materiala elektrode. Če je razdalja premajhna, plazme ni mogoče enakomerno razpršiti, kar povzroči nehomogenost. Povečanje razdalje med elektrodami zmanjša hitrost jedkanja, ker se plazma porazdeli po razširjenem volumnu. Za elektrode se je izkazalo, da je prednostni material ogljik. Ker fluor in klor napadata tudi ogljik, elektrode proizvajajo enakomerno napeto plazmo, tako da so robovi rezin prizadeti na enak način kot središče rezin.

Selektivnost in hitrost jedkanja sta močno odvisni od procesnega plina. Za silicij in silicijeve spojine se uporabljata predvsem fluor in klor.

Postopki jedkanja niso omejeni na en plin, mešanico plinov ali fiksne procesne parametre. Na primer, naravne okside na polisiliciju je mogoče najprej odstraniti z visoko hitrostjo jedkanja in z nizko selektivnostjo, čemur sledi jedkanje polisilicija z višjo selektivnostjo glede na spodnje plasti.

Semicorex ponuja različneSiC komponentev procesu jedkanja. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com