Kuivsöövitusprotsess

Kuivsöövitusprotsess koosneb tavaliselt neljast põhiolekust: enne söövitamist, osaline söövitus, lihtsalt söövitamine ja ülesöövitus. Peamised omadused on söövituskiirus, selektiivsus, kriitiline mõõde, ühtlus ja lõpp-punkti tuvastamine.

 Joonis 1 Enne söövitamist

Joonis 2 Osaline söövitus

Joonis 3 Lihtsalt söövitus

Joonis 4 Ülesöövitus

(1) Söövituskiirus: ajaühikus eemaldatud söövitatud materjali sügavus või paksus.

Joonis 5 Söövituskiiruse diagramm

(2) Selektiivsus: erinevate söövitusmaterjalide söövituskiiruste suhe.

Joonis 6 Selektiivsuse diagramm

(3) Kriitiline mõõde: mustri suurus konkreetses piirkonnas pärast söövitamise lõpetamist.

Joonis 7 Kriitiliste mõõtmete diagramm

(4) Ühtlikkus: kriitilise söövitusmõõtme (CD) ühtluse mõõtmiseks, mida üldiselt iseloomustab CD täielik kaart, on valem: U=(Max-Min)/2*AVG.

Joonis 8 Ühtluse skemaatiline diagramm

(5) Lõpp-punkti tuvastamine: söövitusprotsessi ajal tuvastatakse pidevalt valguse intensiivsuse muutust. Kui teatud valguse intensiivsus oluliselt tõuseb või langeb, lõpetatakse söövitamine, et tähistada teatud kile söövituskihi valmimist.

Joonis 9 Lõpp-punkti skemaatiline diagramm

Kuivsöövitamisel ergastatakse gaasi kõrgsagedusega (peamiselt 13,56 MHz või 2,45 GHz). Rõhul 1–100 Pa on selle keskmine vaba teekond mitu millimeetrit kuni mitu sentimeetrit. Kuivsöövitamist on kolm peamist tüüpi:

•Füüsiline kuivsöövitamine: kiirendatud osakesed kulutavad vahvli pinda füüsiliselt

•Keemiline kuivsöövitamine: gaas reageerib keemiliselt vahvli pinnaga

•Keemiline füüsikaline kuivsöövitamine: keemiliste omadustega füüsikaline söövitusprotsess

1. Ioonkiirega söövitamine

Ioonkiirega söövitamine (Ion Beam Etching) on ​​füüsiline kuivtöötlusprotsess, mille käigus kasutatakse materjali pinna kiiritamiseks suure energiaga argooni ioonikiirt energiaga umbes 1–3 keV. Ioonkiire energia põhjustab selle löögi ja pinnamaterjali eemaldamise. Söövitusprotsess on vertikaalsete või kaldu langevate ioonikiirte korral anisotroopne. Kuid selektiivsuse puudumise tõttu ei ole erinevatel tasanditel materjalidel selget vahet. Tekkivad gaasid ja söövitatud materjalid eemaldatakse vaakumpumbaga, kuid kuna reaktsioonisaadused ei ole gaasid, ladestuvad osakesed vahvli või kambri seintele.

Osakeste moodustumise vältimiseks võib kambrisse sisestada teise gaasi. See gaas reageerib argooniioonidega ja põhjustab füüsikalise ja keemilise söövitusprotsessi. Osa gaasist reageerib pinnamaterjaliga, kuid reageerib ka poleeritud osakestega, moodustades gaasilisi kõrvalsaadusi. Selle meetodiga saab söövitada peaaegu igasuguseid materjale. Vertikaalse kiirguse tõttu on vertikaalsete seinte kulumine väga väike (kõrge anisotroopia). Kuid selle madala selektiivsuse ja aeglase söövituskiiruse tõttu kasutatakse seda protsessi praeguses pooljuhtide tootmises harva.

2. Plasma söövitamine

Plasmasöövitus on absoluutne keemiline söövitusprotsess, mida tuntakse ka kui keemilist kuivsöövitust. Selle eeliseks on see, et see ei põhjusta vahvli pinnale ioonikahjustusi. Kuna söövitusgaasis olevad aktiivsed osad võivad vabalt liikuda ja söövitusprotsess on isotroopne, sobib see meetod kogu kilekihi eemaldamiseks (näiteks tagumise külje puhastamiseks pärast termilist oksüdatsiooni).

Allavoolu reaktor on teatud tüüpi reaktor, mida tavaliselt kasutatakse plasma söövitamiseks. Selles reaktoris genereeritakse plasma löökionisatsiooniga kõrgsageduslikus elektriväljas 2,45 GHz ja eraldatakse vahvlist.

Gaasi väljalaske piirkonnas tekivad löögi ja ergastuse tõttu mitmesugused osakesed, sealhulgas vabad radikaalid. Vabad radikaalid on neutraalsed aatomid või küllastumata elektronidega molekulid, seega on nad väga reaktsioonivõimelised. Plasmasöövitusprotsessis kasutatakse sageli mõningaid neutraalseid gaase, nagu tetrafluorometaan (CF4), mis juhitakse gaasilahenduspiirkonda, et tekitada ionisatsiooni või lagunemise teel aktiivseid osakesi.

Näiteks CF4 gaasis viiakse see gaasi väljalaskealasse ja laguneb fluoriradikaalideks (F) ja süsinikdifluoriidi molekulideks (CF2). Samamoodi saab fluori (F) lagundada CF4-st hapniku (O2) lisamisega.

2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2

Fluorimolekul võib gaaslahenduspiirkonna energia mõjul jaguneda kaheks sõltumatuks fluori aatomiks, millest igaüks on fluori vaba radikaal. Kuna igal fluoriaatomil on seitse valentselektroni ja nad kipuvad saavutama inertgaasi elektroonilise konfiguratsiooni, on need kõik väga reaktsioonivõimelised. Lisaks neutraalsetele fluorivabadele radikaalidele on gaaslahenduspiirkonnas laetud osakesed nagu CF+4, CF+3, CF+2 jne. Seejärel viiakse kõik need osakesed ja vabad radikaalid keraamilise toru kaudu söövituskambrisse.

Laetud osakesi saab blokeerida ekstraheerimisvõredega või rekombineerida neutraalsete molekulide moodustamise protsessis, et kontrollida nende käitumist söövituskambris. Fluori vabad radikaalid läbivad samuti osalise rekombinatsiooni, kuid on siiski piisavalt aktiivsed, et siseneda söövituskambrisse, reageerida keemiliselt vahvli pinnal ja põhjustada materjali eemaldamist. Teised neutraalsed osakesed söövitusprotsessis ei osale ja neid tarbitakse koos reaktsiooniproduktidega.

Plasma söövitamisel söövitavate õhukeste kilede näited:

• Räni: Si + 4F—> SiF4

• Ränidioksiid: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2

• Räninitriid: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2

3. Reaktiivne ioonsöövitus (RIE)

Reaktiivne ioonsöövitus on keemilis-füüsikaline söövitusprotsess, millega saab väga täpselt kontrollida selektiivsust, söövitusprofiili, söövituskiirust, ühtlust ja korratavust. See võib saavutada isotroopseid ja anisotroopseid söövitusprofiile ning on seetõttu üks olulisemaid protsesse erinevate õhukeste kilede ehitamisel pooljuhtide valmistamisel.

RIE ajal asetatakse vahvel kõrgsageduselektroodile (HF elektrood). Löökionisatsiooni teel tekib plasma, milles eksisteerivad vabad elektronid ja positiivselt laetud ioonid. Kui HF-elektroodile rakendatakse positiivset pinget, akumuleeruvad vabad elektronid elektroodi pinnale ega saa oma elektronide afiinsuse tõttu elektroodilt uuesti lahkuda. Seetõttu on elektroodid laetud kuni -1000 V (nihkepinge), et aeglased ioonid ei saaks järgida kiiresti muutuvat elektrivälja negatiivselt laetud elektroodile.

Ioonide söövitamise (RIE) ajal, kui ioonide keskmine vaba tee on kõrge, tabavad nad vahvli pinda peaaegu risti. Sel viisil löövad kiirendatud ioonid materjali välja ja tekitavad füüsikalise söövitamise teel keemilise reaktsiooni. Kuna külgmised külgseinad ei ole mõjutatud, jääb söövitusprofiil anisotroopseks ja pinna kulumine on väike. Selektiivsus ei ole aga kuigi suur, kuna toimub ka füüsiline söövitusprotsess. Lisaks põhjustab ioonide kiirenemine vahvli pinna kahjustusi, mille parandamiseks on vaja termilist lõõmutamist.

Söövitusprotsessi keemilise osa lõpetavad vabad radikaalid, mis reageerivad pinnaga ja ioonid tabavad materjali füüsiliselt, nii et see ei sadestu uuesti vahvlile või kambri seintele, vältides taassadestamise nähtust nagu ioonkiirega söövitamist. Gaasi rõhu tõstmisel söövituskambris väheneb ioonide keskmine vaba teekond, mistõttu suureneb ioonide ja gaasimolekulide kokkupõrgete arv ning ioonid hajuvad rohkem erinevatesse suundadesse. Selle tulemuseks on vähem suunatud söövitamist, muutes söövitusprotsessi keemilisemaks.

Anisotroopsed söövitusprofiilid saavutatakse külgseinte passiveerimisega räni söövitamise ajal. Hapnik juhitakse söövituskambrisse, kus see reageerib söövitatud räniga, moodustades ränidioksiidi, mis sadestub vertikaalsetele külgseintele. Ioonidega pommitamise tõttu eemaldatakse horisontaalsetel aladel oksiidikiht, mis võimaldab külgmisel söövitusprotsessil jätkuda. Selle meetodiga saab kontrollida söövitusprofiili kuju ja külgseinte järsust.

Söövituskiirust mõjutavad sellised tegurid nagu rõhk, HF generaatori võimsus, protsessigaas, tegelik gaasi voolukiirus ja vahvli temperatuur ning selle kõikumise vahemikku hoitakse alla 15%. Anisotroopia suureneb HF võimsuse suurenemise, rõhu ja temperatuuri langusega. Söövitusprotsessi ühtsuse määravad gaas, elektroodide vahekaugus ja elektroodi materjal. Kui elektroodide kaugus on liiga väike, ei saa plasma ühtlaselt hajutada, mille tulemuseks on ebaühtlus. Elektroodi kauguse suurendamine vähendab söövituskiirust, kuna plasma jaotub suuremas mahus. Süsinik on eelistatud elektroodimaterjal, kuna see tekitab ühtlase pingega plasma, nii et vahvli serv mõjutab samamoodi nagu vahvli keskosa.

Protsessi gaas mängib olulist rolli selektiivsuses ja söövituskiiruses. Räni ja räniühendite puhul kasutatakse söövituse saavutamiseks peamiselt fluori ja kloori. Sobiva gaasi valimine, gaasi voolu ja rõhu reguleerimine ning muude parameetrite, nagu temperatuuri ja võimsuse, kontrollimine protsessis võib saavutada soovitud söövituskiiruse, selektiivsuse ja ühtluse. Nende parameetrite optimeerimist kohandatakse tavaliselt erinevate rakenduste ja materjalide jaoks.

Söövitusprotsess ei piirdu ühe gaasi, gaasisegu või fikseeritud protsessiparameetritega. Näiteks saab polüräni natiivse oksiidi esmalt eemaldada suure söövituskiiruse ja madala selektiivsusega, samas kui polüräni saab hiljem söövitada suurema selektiivsusega võrreldes aluskihtidega.

——————————————————————————————————————————————————— ———————————

Semicera võib pakkudagrafiidist osad, pehme/jäik vilt, ränikarbiidist osad,CVD ränikarbiidist osad, jaSiC/TaC kaetud osad 30 päeva jooksul.

Kui olete huvitatud ülaltoodud pooljuhttoodetest,palun ärge kõhelge meiega esimest korda ühendust võtmast.

Tel: +86-13373889683

WhatsAPP: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com