Torr etsningsprocessen består vanligtvis av fyra grundläggande tillstånd: före etsning, partiell etsning, bara etsning och överetsning. Huvudegenskaperna är etsningshastighet, selektivitet, kritisk dimension, enhetlighet och slutpunktsdetektering.
Figur 1 Före etsning
Figur 2 Partiell etsning
Figur 3 Bara etsning
Figur 4 Överetsning
(1) Etsningshastighet: djupet eller tjockleken på det borttagna etsade materialet per tidsenhet.
Figur 5 Diagram för etsningshastighet
(2) Selektivitet: förhållandet mellan etsningshastigheter för olika etsningsmaterial.
Figur 6 Selektivitetsdiagram
(3) Kritisk dimension: storleken på mönstret i ett specifikt område efter att etsningen är klar.
Figur 7 Kritisk dimensionsdiagram
(4) Uniformitet: för att mäta enhetligheten hos den kritiska etsningsdimensionen (CD), som vanligtvis kännetecknas av den fullständiga kartan av CD, är formeln: U=(Max-Min)/2*AVG.
Figur 8 Schematisk likformighetsdiagram
(5) Slutpunktsdetektering: Under etsningsprocessen detekteras förändringen av ljusintensiteten konstant. När en viss ljusintensitet stiger eller sjunker avsevärt, avslutas etsningen för att markera att ett visst lager av filmetsning är klar.
Figur 9 Schematisk slutpunktsdiagram
Vid torretsning exciteras gasen med hög frekvens (främst 13,56 MHz eller 2,45 GHz). Vid ett tryck på 1 till 100 Pa är dess medelfria väg flera millimeter till flera centimeter. Det finns tre huvudtyper av torretsning:
•Fysisk torretsning: accelererade partiklar sliter fysiskt på skivans yta
•Kemisk torretsning: gas reagerar kemiskt med skivans yta
•Kemisk fysikalisk torretsning: Fysisk etsningsprocess med kemiska egenskaper
1. Jonstråleetsning
Jonstråleetsning (Ion Beam Etching) är en fysisk torr bearbetningsprocess som använder en högenergi argonjonstråle med en energi på cirka 1 till 3 keV för att bestråla materialytan. Energin hos jonstrålen får den att slå och ta bort ytmaterialet. Etsningsprocessen är anisotropisk i fallet med vertikala eller sneda infallande jonstrålar. Men på grund av dess brist på selektivitet finns det ingen tydlig skillnad mellan material på olika nivåer. De genererade gaserna och de etsade materialen släpps ut av vakuumpumpen, men eftersom reaktionsprodukterna inte är gaser avsätts partiklar på skivan eller kammarväggarna.
För att förhindra bildandet av partiklar kan en andra gas införas i kammaren. Denna gas kommer att reagera med argonjonerna och orsaka en fysisk och kemisk etsningsprocess. En del av gasen kommer att reagera med ytmaterialet, men den kommer också att reagera med de polerade partiklarna för att bilda gasformiga biprodukter. Nästan alla typer av material kan etsas med denna metod. På grund av den vertikala strålningen är slitaget på de vertikala väggarna mycket litet (hög anisotropi). Men på grund av dess låga selektivitet och långsamma etsningshastighet används denna process sällan vid nuvarande halvledartillverkning.
2. Plasmaetsning
Plasmaetsning är en absolut kemisk etsningsprocess, även känd som kemisk torretsning. Dess fördel är att den inte orsakar jonskada på skivans yta. Eftersom de aktiva ämnena i etsgasen är fria att röra sig och etsningsprocessen är isotrop, är denna metod lämplig för att ta bort hela filmskiktet (till exempel rengöring av baksidan efter termisk oxidation).
En nedströmsreaktor är en typ av reaktor som vanligtvis används för plasmaetsning. I denna reaktor genereras plasmat genom stötjonisering i ett högfrekvent elektriskt fält på 2,45 GHz och separeras från skivan.
I gasutsläppsområdet genereras olika partiklar på grund av stötar och excitation, inklusive fria radikaler. Fria radikaler är neutrala atomer eller molekyler med omättade elektroner, så de är mycket reaktiva. I plasmaetsningsprocessen används ofta vissa neutrala gaser, såsom tetrafluormetan (CF4), som införs i gasutsläppsområdet för att generera aktiva ämnen genom jonisering eller sönderdelning.
Till exempel, i CF4-gas, införs den i gasutsläppsområdet och sönderdelas till fluorradikaler (F) och koldifluoridmolekyler (CF2). På liknande sätt kan fluor (F) brytas ner från CF4 genom att tillsätta syre (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Fluormolekylen kan delas upp i två oberoende fluoratomer under energin från gasurladdningsområdet, som var och en är en fri fluorradikal. Eftersom varje fluoratom har sju valenselektroner och tenderar att uppnå den elektroniska konfigurationen av en inert gas, är de alla mycket reaktiva. Förutom neutrala fria fluorradikaler kommer det att finnas laddade partiklar som CF+4, CF+3, CF+2 etc. i gasutsläppsområdet. Därefter införs alla dessa partiklar och fria radikaler i etsningskammaren genom det keramiska röret.
De laddade partiklarna kan blockeras av extraktionsgitter eller rekombineras i processen för att bilda neutrala molekyler för att kontrollera deras beteende i etsningskammaren. Fria fluorradikaler kommer också att genomgå partiell rekombination, men är fortfarande tillräckligt aktiva för att komma in i etsningskammaren, reagera kemiskt på skivans yta och orsaka avskaffande av material. Andra neutrala partiklar deltar inte i etsningsprocessen och konsumeras tillsammans med reaktionsprodukterna.
Exempel på tunna filmer som kan etsas vid plasmaetsning:
• Kisel: Si + 4F—> SiF4
• Kiseldioxid: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Kiselnitrid: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Reaktiv jonetsning (RIE)
Reaktiv jonetsning är en kemisk-fysikalisk etsningsprocess som mycket noggrant kan kontrollera selektivitet, etsningsprofil, etsningshastighet, enhetlighet och repeterbarhet. Det kan uppnå isotropa och anisotropa etsningsprofiler och är därför en av de viktigaste processerna för att bygga olika tunna filmer vid halvledartillverkning.
Under RIE placeras skivan på en högfrekvenselektrod (HF-elektrod). Genom stötjonisering genereras ett plasma där fria elektroner och positivt laddade joner finns. Om en positiv spänning appliceras på HF-elektroden ackumuleras de fria elektronerna på elektrodytan och kan inte lämna elektroden igen på grund av deras elektronaffinitet. Därför laddas elektroderna till -1000V (förspänning) så att de långsamma jonerna inte kan följa det snabbt föränderliga elektriska fältet till den negativt laddade elektroden.
Under jonetsning (RIE), om jonernas medelfria bana är hög, träffar de skivans yta i en nästan vinkelrät riktning. På så sätt slår de accelererade jonerna ut materialet och bildar en kemisk reaktion genom fysisk etsning. Eftersom de laterala sidoväggarna inte påverkas förblir etsningsprofilen anisotropisk och ytförslitningen är liten. Selektiviteten är dock inte särskilt hög eftersom den fysiska etsningsprocessen också inträffar. Dessutom orsakar accelerationen av jonerna skador på skivans yta, vilket kräver termisk glödgning för att reparera.
Den kemiska delen av etsningsprocessen fullbordas genom att fria radikaler reagerar med ytan och jonerna fysiskt träffar materialet så att det inte återavsätts på skivan eller kammarväggarna, vilket undviker återavsättningsfenomenet som jonstråleetsning. Vid ökning av gastrycket i etsningskammaren reduceras jonernas medelfria väg, vilket ökar antalet kollisioner mellan jonerna och gasmolekylerna, och jonerna sprids i fler olika riktningar. Detta resulterar i mindre riktad etsning, vilket gör etsningsprocessen mer kemisk.
Anisotropiska etsningsprofiler uppnås genom passivering av sidoväggarna under silikonetsning. Syre förs in i etsningskammaren, där det reagerar med det etsade kislet för att bilda kiseldioxid, som avsätts på de vertikala sidoväggarna. På grund av jonbombardement avlägsnas oxidskiktet på de horisontella områdena, vilket gör att den laterala etsningsprocessen kan fortsätta. Denna metod kan styra formen på etsprofilen och sidoväggarnas branthet.
Etsningshastigheten påverkas av faktorer som tryck, HF-generatoreffekt, processgas, faktisk gasflödeshastighet och skivans temperatur, och dess variationsområde hålls under 15 %. Anisotropin ökar med ökande HF-effekt, sjunkande tryck och sjunkande temperatur. Etsningsprocessens enhetlighet bestäms av gasen, elektrodavståndet och elektrodmaterialet. Om elektrodavståndet är för litet kan plasmat inte spridas jämnt, vilket resulterar i ojämnhet. Att öka elektrodavståndet minskar etsningshastigheten eftersom plasman fördelas i en större volym. Kol är det föredragna elektrodmaterialet eftersom det producerar en enhetlig spänd plasma så att kanten på skivan påverkas på samma sätt som mitten av skivan.
Processgasen spelar en viktig roll för selektivitet och etsningshastighet. För kisel och kiselföreningar används främst fluor och klor för att åstadkomma etsning. Genom att välja lämplig gas, justera gasflöde och tryck och styra andra parametrar såsom temperatur och effekt i processen kan önskad etshastighet, selektivitet och enhetlighet uppnås. Optimeringen av dessa parametrar anpassas vanligtvis för olika applikationer och material.
Etsningsprocessen är inte begränsad till en gas, gasblandning eller fasta processparametrar. Till exempel kan den nativa oxiden på polykisel avlägsnas först med en hög etshastighet och låg selektivitet, medan polykiseln kan etsas senare med en högre selektivitet i förhållande till de underliggande skikten.
————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera kan tillhandahållagrafitdelar, mjuk/styv filt, delar av kiselkarbid,CVD kiselkarbiddelar,ochSiC/TaC-belagda delar med om 30 dagar.
Om du är intresserad av ovanstående halvledarprodukter,tveka inte att kontakta oss vid första gången.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP:+86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Posttid: 2024-09-12