Технологія процесу травлення напівпровідників

Травлення або травлення є вирішальним кроком у виробництві напівпровідників, мікроелектронних мікросхем і процесів виробництва мікро/нано. Це основний процес створення візерунків, пов’язаний із фотолітографією. У вузькому розумінні травлення — це, по суті, фотолітографічне травлення, де фоторезист спочатку експонується за допомогою фотолітографії, а потім використовуються інші методи для травлення непотрібного матеріалу. Травлення — це процес вибіркового видалення небажаного матеріалу з поверхні кремнієвої пластини за допомогою хімічних або фізичних методів. Його основна мета — точно відтворити візерунок маски на кремнієвій пластині з покриттям. З розвитком процесів мікрофабрикації травлення стало загальним терміном для зняття та видалення матеріалу за допомогою розчинів, реактивних іонів або інших механічних методів, ставши загальним терміном у мікрофабрикаті.

Травлення можна розділити на два типи: вологе травлення та сухе травлення. При сухому травленні газ збуджується на високих частотах (переважно 13,56 МГц або 2,45 ГГц). Під тиском від 1 до 100 Па його довжина вільного пробігу коливається від кількох міліметрів до кількох сантиметрів. Існує три основних види сухого травлення:

• Фізичне сухе травлення: прискорює фізичне зношування частинок на поверхні пластини;

• Хімічне сухе травлення: газ вступає в хімічну реакцію з поверхнею пластини;

• Хіміко-фізичне сухе травлення: фізичний процес травлення з хімічними властивостями;

1. Іонно-променеве травлення

Травлення іонним променем — це фізичний процес сухого травлення. Іони аргону випромінюються на поверхню в іонному пучку приблизно від 1 до 3 кеВ. Завдяки енергії іонів вони бомбардують матеріал поверхні. Пластина вставляється вертикально або під кутом в іонний пучок, і процес травлення є абсолютно анізотропним. Вибірковість низька, оскільки не розрізняє шари. Газ і полірований матеріал витісняються вакуумним насосом; однак, оскільки продукти реакції не є газоподібними, частинки можуть осідати на пластині або стінках камери.

Щоб уникнути цих частинок, у камеру вводиться другий газ. Цей газ реагує з іонами аргону, викликаючи фізико-хімічний процес травлення. Частина газу реагує з поверхнею, але частина реагує з полірованими частинками, утворюючи газоподібні побічні продукти. Майже всі матеріали можна травити за допомогою цього методу. Завдяки вертикальному випромінюванню знос вертикальних стінок дуже низький (висока анізотропія). Однак через низьку селективність і низьку швидкість травлення цей процес рідко використовується в сучасному виробництві напівпровідників.

2. Плазмове травлення

Плазмове травлення - це абсолютно хімічний процес травлення (хімічне сухе травлення). Його перевага полягає в тому, що поверхня пластини не пошкоджується прискореними іонами. Завдяки рухомим частинкам травильного газу профіль травлення є ізотропним, що робить цей метод придатним для видалення цілих шарів плівки (наприклад, очищення зворотного боку після термічного окислення).

Одним із типів реакторів, які використовуються для плазмового травлення, є реактори, розташовані нижче. Плазма запалюється на високій частоті 2,45 ГГц за допомогою ударної іонізації, і місце ударної іонізації відділяється від пластини.

В області газорозряду внаслідок удару присутні різні частинки, в тому числі вільні радикали. Вільні радикали — це нейтральні атоми або молекули з ненасиченими електронами, тому вони мають високу реакційну здатність. Як нейтральний газ тетрафторметан (CF4) вводиться в область газорозряду і розпадається на молекули CF2 і фтору (F2). Так само фтор можна відокремити від CF4 додаванням кисню (O2):

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

Молекула фтору може бути розділена на два окремих атоми фтору енергією в області газового розряду: кожен атом фтору є вільним радикалом фтору, оскільки кожен атом має сім валентних електронів і прагне досягти конфігурації інертного газу. Крім нейтральних вільних радикалів, існує кілька частково заряджених частинок (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Усі частинки, вільні радикали тощо потрапляють у камеру травлення через керамічну трубку. Заряджені частинки можуть бути заблоковані з камери травлення екстракційною решіткою або рекомбінувати під час утворення нейтральних молекул. Радикали фтору також частково рекомбінують, але достатньо, щоб досягти камери травлення, реагувати на поверхні пластини та викликати хімічне стирання. Інші нейтральні частинки не беруть участь у процесі травлення і виснажуються разом із продуктами реакції.

Приклади тонких плівок, які можна травити плазмовим травленням: • Кремній: Si + 4F ---> SiF4 • Діоксид кремнію: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Нітрид кремнію: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Характеристики реактивного іонного травлення (RIE): селективність, профіль травлення, швидкість травлення, однорідність і повторюваність можна дуже точно контролювати за допомогою реактивного іонного травлення. Можливі як ізотропні профілі травлення, так і анізотропні. Таким чином, RIE є хімічним фізичним процесом травлення та є найважливішим процесом у виробництві напівпровідників для створення широкого спектру тонких плівок. У технологічній камері пластина поміщається на високочастотний електрод (ВЧ електрод). Плазма утворюється шляхом ударної іонізації, при якій виникають вільні електрони та позитивно заряджені іони. Якщо ВЧ електрод знаходиться під позитивною напругою, вільні електрони накопичуються на ньому і не можуть знову покинути електрод через свою спорідненість до електронів. Тому електрод заряджається до -1000 В (напруга зміщення). Повільні іони, які не можуть слідувати за швидко змінним полем, рухаються до негативно зарядженого електрода.

Якщо довжина вільного пробігу іонів велика, частинки бомбардують поверхню пластини під майже перпендикулярними кутами. Таким чином, матеріал викидається з поверхні прискореними іонами (фізичне травлення), а деякі частинки також вступають у хімічну реакцію з поверхнею. Бічні бічні стінки не змінюються, тому немає зносу, а профіль травлення залишається анізотропним. Вибірковість не надто мала, але й не надто велика через процес фізичного травлення. Крім того, поверхня пластини пошкоджується прискореними іонами і повинна бути вилікувана термічним відпалом. Хімічна частина процесу травлення здійснюється через реакцію вільних радикалів з поверхнею та матеріалом, який фізично подрібнюється, тому він не осідає повторно на пластині чи стінках камери, як при травленні іонним променем. При збільшенні тиску в камері травлення довжина вільного пробігу частинок зменшується. Тому відбувається більше зіткнень, і частинки рухаються в різних напрямках. Це призводить до менш спрямованого травлення, а процес травлення набуває більших хімічних властивостей. Підвищена селективність призводить до більш ізотропного профілю травлення. Анізотропні профілі травлення досягаються шляхом пасивації бічних стінок під час травлення кремнію. Кисень у камері травлення реагує з подрібненим кремнієм, утворюючи діоксид кремнію, який осідає на вертикальних бічних стінках. Оксидна плівка на горизонтальних ділянках видаляється завдяки іонному бомбардуванню, що дозволяє продовжувати бічний процес травлення.

Швидкість травлення залежить від тиску, потужності високочастотного генератора, технологічного газу, фактичної швидкості потоку газу та температури пластини. Анізотропія зростає зі збільшенням потужності високої частоти, зниженням тиску та зниженням температури. Рівномірність процесу травлення залежить від газу, відстані між двома електродами та матеріалу електродів. Якщо відстань занадто мала, плазма не може бути розподілена рівномірно, що призводить до неоднорідності. Збільшення відстані між електродами зменшує швидкість травлення, оскільки плазма розподіляється в розширеному об’ємі. Виявилося, що для електродів кращим матеріалом є вуглець. Оскільки фтор і хлор також атакують вуглець, електроди виробляють рівномірну напружену плазму, тому на краї пластини впливають так само, як і на центр пластини.

Селективність і швидкість травлення сильно залежать від технологічного газу. Для кремнію і сполук кремнію в основному використовуються фтор і хлор.

Процеси травлення не обмежуються одним газом, газовою сумішшю або фіксованими параметрами процесу. Наприклад, природні оксиди на полікремнії можуть бути видалені спочатку з високою швидкістю травлення та з низькою селективністю, а потім травленням полікремнію з більшою селективністю відносно підлеглих шарів.

Semicorex пропонує різніКомпоненти SiCв процесі травлення. Якщо у вас є запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com