Pooljuhtide söövitamise protsessi tehnoloogia

Söövitamine või söövitamine on pooljuhtide valmistamise, mikroelektroonika IC-tootmise ja mikro-/nanotootmisprotsesside oluline samm. See on fotolitograafiaga seotud esmane mustriprotsess. Kitsas tähenduses on söövitus sisuliselt fotolitograafiline söövitamine, kus esmalt valgustatakse fotolitograafia abil fotoresist ja seejärel kasutatakse soovimatu materjali eemaldamiseks muid meetodeid. Söövitamine on protsess soovimatu materjali valikuliseks eemaldamiseks räniplaadi pinnalt keemiliste või füüsikaliste meetodite abil. Selle põhieesmärk on täpselt korrata kaetud ränivahvli maski mustrit. Mikrotöötlemisprotsesside arenedes on söövitusest saanud laias laastus üldine termin, mis tähistab materjali eemaldamist ja eemaldamist lahuste, reaktiivsete ioonide või muude mehaaniliste meetodite abil, muutudes mikrotootmises tavaliseks terminiks.

Söövitus võib laias laastus jagada kahte tüüpi: märgsöövitus ja kuivsöövitamine. Kuivsöövitamisel ergastatakse gaasi kõrgetel sagedustel (peamiselt 13,56 MHz või 2,45 GHz). Rõhul 1–100 Pa on selle keskmine vaba teekond mõnest millimeetrist mõne sentimeetrini. Kuivsöövitamist on kolm peamist tüüpi:

• Füüsiline kuivsöövitamine: kiirendab osakeste füüsilist kulumist vahvli pinnal;

• Keemiline kuivsöövitamine: gaas reageerib keemiliselt vahvli pinnaga;

• Keemilis-füüsikaline kuivsöövitamine: keemiliste omadustega füüsikaline söövitusprotsess;

1. Ioonkiirega söövitus

Ioonkiirega söövitamine on füüsiline kuivsöövitusprotsess. Argooni ioone kiirgatakse pinnale ligikaudu 1–3 keV ioonkiirega. Ioonide energia tõttu pommitavad nad pinnamaterjali. Vahvel sisestatakse ioonkiiresse vertikaalselt või nurga all ning söövitusprotsess on absoluutselt anisotroopne. Selektiivsus on madal, kuna see ei tee kihtidel vahet. Gaas ja poleeritud materjal väljutatakse vaakumpumba abil; kuid kuna reaktsioonisaadused ei ole gaasilised, võivad osakesed ladestuda vahvli või kambri seintele.

Nende osakeste vältimiseks juhitakse kambrisse teine ​​gaas. See gaas reageerib argooniioonidega, kutsudes esile füüsikalis-keemilise söövitusprotsessi. Osa gaasist reageerib pinnaga, osa aga poleeritud osakestega, moodustades gaasilisi kõrvalsaadusi. Selle meetodiga saab söövitada peaaegu kõiki materjale. Vertikaalse kiirguse tõttu on vertikaalsete seinte kulumine väga väike (kõrge anisotroopia). Kuid madala selektiivsuse ja madala söövituskiiruse tõttu kasutatakse seda protsessi tänapäevases pooljuhtide tootmises harva.

2. Plasma söövitamine

Plasmasöövitus on absoluutselt keemiline söövitusprotsess (keemiline kuivsöövitus). Selle eeliseks on see, et vahvli pinda ei kahjusta kiirendatud ioonid. Söövitusgaasi liikuvate osakeste tõttu on söövitusprofiil isotroopne, mistõttu sobib see meetod tervete kilekihtide eemaldamiseks (nt tagakülje puhastamine pärast termilist oksüdatsiooni).

Üks plasmasöövitamiseks kasutatav reaktoritüüp on allavoolu reaktor. Plasma süüdatakse suurel sagedusel 2,45 GHz löökionisatsiooni abil ja löökionisatsioonikoht eraldub vahvlist.

Gaasilahenduspiirkonnas on löögi tõttu mitmesuguseid osakesi, sealhulgas vabu radikaale. Vabad radikaalid on neutraalsed aatomid või küllastumata elektronidega molekulid ja on seetõttu väga reaktsioonivõimelised. Neutraalse gaasina juhitakse tetrafluorometaan (CF4) gaaslahenduspiirkonda ja eraldub CF2-ks ja fluori molekulideks (F2). Samamoodi saab fluori eraldada CF4-st hapniku (O2) lisamisega:

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

Fluori molekuli saab gaaslahenduspiirkonna energia abil jagada kaheks eraldi fluori aatomiks: iga fluori aatom on fluori vaba radikaal, kuna igal aatomil on seitse valentselektroni ja selle eesmärk on saavutada inertgaasi konfiguratsioon. Lisaks neutraalsetele vabadele radikaalidele on seal mitmeid osaliselt laetud osakesi (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Kõik osakesed, vabad radikaalid jne sisenevad seejärel keraamilise toru kaudu söövituskambrisse. Laetud osakesi saab söövituskambrist blokeerida ekstraheerimisrestiga või rekombineerida neutraalsete molekulide moodustumise ajal. Fluoriradikaalid ka osaliselt rekombineeruvad, kuid piisavalt, et jõuda söövituskambrisse, reageerida vahvli pinnal ja põhjustada keemilist hõõrdumist. Teised neutraalsed osakesed ei ole söövitusprotsessi osa ja ammenduvad koos reaktsiooniproduktidega.

Plasma söövitamisel söövitavate õhukeste kilede näited: • Räni: Si + 4F ---> SiF4 • Ränidioksiid: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Räninitriid: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Reaktiivne söövitus, söövitusprofiil, söövitus, ühtlane profiil, söövitus. ja korratavust saab reaktiivse iooni söövitamisel väga täpselt kontrollida. Võimalikud on nii isotroopsed kui ka anisotroopsed söövitusprofiilid. Seetõttu on RIE keemiline füüsikaline söövitusprotsess ja kõige olulisem protsess pooljuhtide tootmises mitmesuguste õhukeste kilede valmistamiseks. Protsessikambris asetatakse vahvel kõrgsageduselektroodile (HF elektrood). Plasma tekib löökionisatsiooni teel, mille käigus tekivad vabad elektronid ja positiivselt laetud ioonid. Kui HF-elektrood on positiivse pingega, kogunevad sellele vabad elektronid ja nad ei saa oma elektronide afiinsuse tõttu elektroodilt uuesti lahkuda. Seetõttu laetakse elektrood kuni -1000 V (eelpinge). Aeglased ioonid, mis ei suuda jälgida kiiresti vahelduvat välja, liiguvad negatiivselt laetud elektroodi poole.

Kui ioonide keskmine vaba tee on kõrge, pommitavad osakesed vahvli pinda peaaegu risti. Seega paiskub materjal pinnalt välja kiirendatud ioonide toimel (füüsiline söövitus) ning mõned osakesed reageerivad pinnaga ka keemiliselt. Külgmised külgseinad ei ole mõjutatud, seega puudub kulumine ja söövitusprofiil jääb anisotroopseks. Selektiivsus ei ole liiga väike, kuid see pole ka füüsilise söövitusprotsessi tõttu liiga suur. Lisaks kahjustavad vahvli pinda kiirendatud ioonid ja seda tuleb kuumtöödelda termilise lõõmutamise teel. Söövitusprotsessi keemiline osa saavutatakse vabade radikaalide reaktsioonil pinna ja materjaliga, mida jahvatatakse füüsiliselt, nii et see ei sadestu uuesti vahvlile või kambri seintele nagu ioonkiirega söövitamisel. Suurendades rõhku söövituskambris, väheneb osakeste keskmine vaba tee. Seetõttu on kokkupõrkeid rohkem ja osakesed liiguvad eri suundades. Selle tulemuseks on vähem suunatud söövitamist ja söövitusprotsess omandab rohkem keemilisi omadusi. Suurenenud selektiivsus annab isotroopsema söövitusprofiili. Anisotroopsed söövitusprofiilid saavutatakse külgseinte passiveerimisega räni söövitamise ajal. Söövituskambris olev hapnik reageerib jahvatatud räniga, moodustades ränidioksiidi, mis sadestub vertikaalsetele külgseintele. Horisontaalsete piirkondade oksiidkile eemaldatakse ioonide pommitamise tõttu, mis võimaldab külgmisel söövitusprotsessil jätkuda.

Söövituskiirus sõltub rõhust, kõrgsagedusgeneraatori võimsusest, protsessigaasist, gaasi tegelikust voolukiirusest ja vahvli temperatuurist. Anisotroopia suureneb kõrgsagedusliku võimsuse suurenemise, rõhu ja temperatuuri langusega. Söövitusprotsessi ühtsus sõltub gaasist, kahe elektroodi vahelisest kaugusest ja elektroodi materjalist. Kui vahemaa on liiga väike, ei saa plasma ühtlaselt hajutada, mille tulemuseks on ebahomogeensus. Elektroodi kauguse suurendamine vähendab söövituskiirust, kuna plasma jaotub laiendatud ruumalale. Elektroodide jaoks on eelistatud materjaliks osutunud süsinik. Kuna fluor ja kloor ründavad ka süsinikku, tekitavad elektroodid ühtlase pingega plasma, mis mõjutab vahvli servasid samamoodi nagu vahvli keskpunkti.

Selektiivsus ja söövituskiirus sõltuvad suuresti protsessigaasist. Räni ja räniühendite puhul kasutatakse peamiselt fluori ja kloori.

Söövitusprotsessid ei piirdu ühe gaasi, gaasisegu või fikseeritud protsessiparameetritega. Näiteks saab polüräni natiivseid oksiide eemaldada esmalt suure söövituskiirusega ja madala selektiivsusega, millele järgneb polüräni söövitamine suurema selektiivsusega võrreldes aluskihtidega.

Semicorex pakub erinevaidSiC komponendidsöövitamise protsessis. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega kindlasti ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com