Proces suchého leptania zvyčajne pozostáva zo štyroch základných stavov: pred leptaním, čiastočným leptaním, jednoduchým leptaním a preleptaním. Hlavnými charakteristikami sú rýchlosť leptania, selektivita, kritický rozmer, uniformita a detekcia koncového bodu.
Obrázok 1 Pred leptaním
Obrázok 2 Čiastočné leptanie
Obrázok 3 Len leptanie
Obrázok 4 Preleptanie
(1) Rýchlosť leptania: hĺbka alebo hrúbka leptaného materiálu odstráneného za jednotku času.
Obrázok 5 Diagram rýchlosti leptania
(2) Selektivita: pomer rýchlostí leptania rôznych leptacích materiálov.
Obrázok 6 Diagram selektivity
(3) Kritický rozmer: veľkosť vzoru v špecifickej oblasti po dokončení leptania.
Obrázok 7 Diagram kritických rozmerov
(4) Rovnomernosť: na meranie rovnomernosti kritického rozmeru leptania (CD), všeobecne charakterizovaného úplnou mapou CD, vzorec je: U=(Max-Min)/2*AVG.
Obrázok 8 Schéma rovnomernosti
(5) Detekcia koncového bodu: Počas procesu leptania sa neustále zisťuje zmena intenzity svetla. Keď určitá intenzita svetla výrazne stúpa alebo klesá, leptanie sa ukončí, čím sa označí dokončenie určitej vrstvy leptania filmu.
Obrázok 9 Schematický diagram koncového bodu
Pri suchom leptaní je plyn excitovaný vysokou frekvenciou (hlavne 13,56 MHz alebo 2,45 GHz). Pri tlaku 1 až 100 Pa je jeho stredná voľná dráha niekoľko milimetrov až niekoľko centimetrov. Existujú tri hlavné typy suchého leptania:
•Fyzikálne suché leptanie: zrýchlené častice fyzicky opotrebúvajú povrch plátku
•Chemické suché leptanie: plyn chemicky reaguje s povrchom plátku
•Chemické fyzikálne suché leptanie: proces fyzického leptania s chemickými vlastnosťami
1. Leptanie iónovým lúčom
Leptanie iónovým lúčom (Ion Beam Etching) je fyzikálny suchý proces spracovania, ktorý využíva vysokoenergetický iónový argónový lúč s energiou asi 1 až 3 keV na ožiarenie povrchu materiálu. Energia iónového lúča spôsobí jeho dopad a odstránenie povrchového materiálu. Proces leptania je anizotropný v prípade zvislých alebo šikmých dopadajúcich iónových lúčov. Avšak kvôli nedostatočnej selektivite nie je jasné rozlíšenie medzi materiálmi na rôznych úrovniach. Vzniknuté plyny a leptané materiály sú odsávané vákuovou pumpou, ale keďže reakčné produkty nie sú plyny, častice sa usadzujú na doštičke alebo stenách komory.
Aby sa zabránilo tvorbe častíc, môže sa do komory zaviesť druhý plyn. Tento plyn bude reagovať s argónovými iónmi a spôsobí fyzikálny a chemický proces leptania. Časť plynu bude reagovať s povrchovým materiálom, ale bude reagovať aj s vyleštenými časticami za vzniku plynných vedľajších produktov. Touto metódou je možné leptať takmer všetky druhy materiálov. Vplyvom vertikálneho žiarenia je opotrebovanie zvislých stien veľmi malé (vysoká anizotropia). Avšak kvôli nízkej selektivite a nízkej rýchlosti leptania sa tento proces v súčasnej výrobe polovodičov používa len zriedka.
2. Plazmové leptanie
Plazmové leptanie je absolútny proces chemického leptania, známy aj ako chemické suché leptanie. Jeho výhodou je, že nespôsobuje iónové poškodenie povrchu plátku. Pretože sa aktívne zložky v leptacom plyne voľne pohybujú a proces leptania je izotropný, je tento spôsob vhodný na odstránenie celej vrstvy filmu (napríklad čistenie zadnej strany po tepelnej oxidácii).
Reaktor po prúde je typ reaktora bežne používaný na plazmové leptanie. V tomto reaktore je plazma generovaná nárazovou ionizáciou vo vysokofrekvenčnom elektrickom poli 2,45 GHz a oddelená od plátku.
V oblasti výboja plynu sa vplyvom nárazu a excitácie vytvárajú rôzne častice, vrátane voľných radikálov. Voľné radikály sú neutrálne atómy alebo molekuly s nenasýtenými elektrónmi, takže sú vysoko reaktívne. V procese plazmového leptania sa často používajú niektoré neutrálne plyny, ako je tetrafluórmetán (CF4), ktoré sa zavádzajú do oblasti výboja plynu, aby ionizáciou alebo rozkladom vytvorili aktívne látky.
Napríklad v plyne CF4 sa zavádza do oblasti výboja plynu a rozkladá sa na fluórové radikály (F) a molekuly fluoridu uhličitého (CF2). Podobne možno fluór (F) rozložiť z CF4 pridaním kyslíka (02).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Molekula fluóru sa môže pod energiou oblasti výboja plynu rozdeliť na dva nezávislé atómy fluóru, z ktorých každý je voľný radikál fluóru. Pretože každý atóm fluóru má sedem valenčných elektrónov a má tendenciu dosiahnuť elektrónovú konfiguráciu inertného plynu, všetky sú veľmi reaktívne. Okrem neutrálnych voľných radikálov fluóru budú v oblasti výboja plynu nabité častice ako CF+4, CF+3, CF+2 atď. Následne sú všetky tieto častice a voľné radikály zavedené do leptacej komory cez keramickú trubicu.
Nabité častice môžu byť blokované extrakčnými mriežkami alebo rekombinované v procese tvorby neutrálnych molekúl na riadenie ich správania v leptacej komore. Voľné radikály fluóru tiež prejdú čiastočnou rekombináciou, ale sú stále dostatočne aktívne na to, aby vstúpili do leptacej komory, chemicky reagovali na povrchu plátku a spôsobili odlupovanie materiálu. Ostatné neutrálne častice sa nezúčastňujú procesu leptania a sú spotrebované spolu s reakčnými produktmi.
Príklady tenkých vrstiev, ktoré môžu byť leptané plazmovým leptaním:
• Kremík: Si + 4F—> SiF4
• Oxid kremičitý: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Nitrid kremíka: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Reaktívne iónové leptanie (RIE)
Reaktívne iónové leptanie je chemicko-fyzikálny proces leptania, ktorý dokáže veľmi presne riadiť selektivitu, profil leptania, rýchlosť leptania, rovnomernosť a opakovateľnosť. Môže dosiahnuť profily izotropného a anizotropného leptania, a preto je jedným z najdôležitejších procesov na vytváranie rôznych tenkých vrstiev pri výrobe polovodičov.
Počas RIE je plátok umiestnený na vysokofrekvenčnej elektróde (HF elektróda). Nárazovou ionizáciou sa generuje plazma, v ktorej existujú voľné elektróny a kladne nabité ióny. Ak sa na VF elektródu privedie kladné napätie, voľné elektróny sa hromadia na povrchu elektródy a nemôžu elektródu opäť opustiť kvôli svojej elektrónovej afinite. Preto sú elektródy nabité na -1000 V (bias voltage), takže pomalé ióny nemôžu sledovať rýchlo sa meniace elektrické pole k záporne nabitej elektróde.
Ak je počas iónového leptania (RIE) stredná voľná dráha iónov vysoká, narážajú na povrch plátku v takmer kolmom smere. Týmto spôsobom zrýchlené ióny vyradia materiál a vytvoria chemickú reakciu prostredníctvom fyzikálneho leptania. Pretože bočné bočné steny nie sú ovplyvnené, profil leptania zostáva anizotropný a opotrebovanie povrchu je malé. Selektivita však nie je príliš vysoká, pretože dochádza aj k procesu fyzického leptania. Okrem toho zrýchlenie iónov spôsobuje poškodenie povrchu plátku, čo si vyžaduje tepelné žíhanie na opravu.
Chemická časť procesu leptania je ukončená reakciou voľných radikálov s povrchom a iónmi, ktoré fyzicky narážajú na materiál tak, aby sa opätovne neusadzoval na plátku alebo stenách komory, čím sa zabráni javu redepozície, ako je leptanie iónovým lúčom. Pri zvyšovaní tlaku plynu v leptacej komore sa zmenšuje stredná voľná dráha iónov, čím sa zvyšuje počet zrážok medzi iónmi a molekulami plynu a ióny sú rozptýlené do viacerých smerov. To má za následok menej smerové leptanie, čím je proces leptania chemickejší.
Anizotropné leptané profily sa dosahujú pasiváciou bočných stien pri leptaní kremíkom. Kyslík sa privádza do leptacej komory, kde reaguje s leptaným kremíkom za vzniku oxidu kremičitého, ktorý sa ukladá na zvislé bočné steny. V dôsledku bombardovania iónmi sa vrstva oxidu na horizontálnych plochách odstráni, čo umožňuje pokračovanie procesu laterálneho leptania. Táto metóda môže kontrolovať tvar profilu leptania a strmosť bočných stien.
Rýchlosť leptania je ovplyvnená faktormi, ako je tlak, výkon HF generátora, procesný plyn, skutočný prietok plynu a teplota plátku a rozsah jeho variácie sa udržiava pod 15 %. Anizotropia sa zvyšuje so zvyšujúcim sa výkonom HF, klesajúcim tlakom a klesajúcou teplotou. Rovnomernosť procesu leptania je určená plynom, vzdialenosťou elektród a materiálom elektródy. Ak je vzdialenosť elektród príliš malá, plazma nemôže byť rovnomerne rozptýlená, čo vedie k nerovnomernosti. Zväčšenie vzdialenosti elektród znižuje rýchlosť leptania, pretože plazma je distribuovaná vo väčšom objeme. Uhlík je preferovaný elektródový materiál, pretože vytvára rovnomerne napnutú plazmu, takže okraj plátku je ovplyvnený rovnakým spôsobom ako stred plátku.
Procesný plyn hrá dôležitú úlohu v selektivite a rýchlosti leptania. V prípade kremíka a zlúčenín kremíka sa na dosiahnutie leptania používa hlavne fluór a chlór. Výber vhodného plynu, nastavenie prietoku a tlaku plynu a riadenie ďalších parametrov, ako je teplota a výkon v procese, môže dosiahnuť požadovanú rýchlosť leptania, selektivitu a rovnomernosť. Optimalizácia týchto parametrov je zvyčajne upravená pre rôzne aplikácie a materiály.
Proces leptania nie je obmedzený na jeden plyn, zmes plynov alebo pevné parametre procesu. Napríklad natívny oxid na polysilikóne môže byť odstránený najskôr s vysokou rýchlosťou leptania a nízkou selektivitou, zatiaľ čo polysilikón môže byť leptaný neskôr s vyššou selektivitou v porovnaní s podkladovými vrstvami.
——————————————————————————————————————————————————— ————————————
Semicera môže poskytnúťgrafitové časti, mäkká/tuhá plsť, diely z karbidu kremíka,CVD diely z karbidu kremíkaaDiely potiahnuté SiC/TaC s do 30 dní.
Ak máte záujem o vyššie uvedené polovodičové produkty,prosím, neváhajte nás kontaktovať prvýkrát.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas odoslania: 12. september 2024