Процес сухого травлення зазвичай складається з чотирьох основних станів: перед травленням, часткове травлення, просто травлення та поверхове травлення. Основними характеристиками є швидкість травлення, селективність, критичний розмір, однорідність і визначення кінцевої точки.
Малюнок 1 Перед травленням
Рисунок 2 Часткове травлення
Рисунок 3 Просто травлення
Малюнок 4 Накладне травлення
(1) Швидкість травлення: глибина або товщина витравленого матеріалу, видаленого за одиницю часу.
Малюнок 5 Діаграма швидкості травлення
(2) Селективність: співвідношення швидкостей травлення різних матеріалів травлення.
Рисунок 6 Діаграма селективності
(3) Критичний розмір: розмір візерунка в певній області після завершення травлення.
Рисунок 7 Діаграма критичних розмірів
(4) Однорідність: для вимірювання однорідності критичного розміру травлення (CD), який зазвичай характеризується повною картою CD, формула така: U=(Max-Min)/2*AVG.
Рисунок 8. Схематична діаграма однорідності
(5) Виявлення кінцевої точки: під час процесу травлення постійно виявляється зміна інтенсивності світла. Коли певна інтенсивність світла значно підвищується або зменшується, травлення припиняється, щоб відзначити завершення травлення певного шару плівки.
Рисунок 9 Схематична діаграма кінцевої точки
При сухому травленні газ збуджується високою частотою (переважно 13,56 МГц або 2,45 ГГц). При тиску від 1 до 100 Па його середня довжина вільного пробігу становить від кількох міліметрів до кількох сантиметрів. Існує три основних види сухого травлення:
•Фізичне сухе травлення: прискорені частинки фізично зношують поверхню пластини
•Хімічне сухе травлення: газ вступає в хімічну реакцію з поверхнею пластини
•Хіміко-фізичне сухе травлення: процес фізичного травлення з хімічними характеристиками
1. Іонно-променеве травлення
Іонно-променеве травлення (Ion Beam Etching) — це фізичний процес сухої обробки, у якому для опромінення поверхні матеріалу використовується промінь іонів аргону високої енергії з енергією приблизно від 1 до 3 кеВ. Енергія іонного променя змушує його впливати на поверхневий матеріал і видаляти його. Процес травлення є анізотропним у випадку вертикального або косого падіння пучків іонів. Однак через відсутність селективності немає чіткої різниці між матеріалами на різних рівнях. Утворені гази та протравлені матеріали видаляються вакуумним насосом, але оскільки продукти реакції не є газами, частинки осідають на пластині або стінках камери.
Щоб запобігти утворенню частинок, у камеру можна ввести другий газ. Цей газ реагуватиме з іонами аргону та спричинить фізичний та хімічний процес травлення. Частина газу реагуватиме з матеріалом поверхні, але він також реагуватиме з полірованими частинками, утворюючи газоподібні побічні продукти. Майже всі види матеріалів можна травити цим методом. Завдяки вертикальному випромінюванню знос вертикальних стінок дуже малий (висока анізотропія). Однак через низьку вибірковість і повільну швидкість травлення цей процес рідко використовується в поточному виробництві напівпровідників.
2. Плазмове травлення
Плазмове травлення — це процес абсолютного хімічного травлення, також відомий як хімічне сухе травлення. Його перевага полягає в тому, що він не викликає іонного пошкодження поверхні пластини. Оскільки активні речовини в травильному газі вільно рухаються, а процес травлення є ізотропним, цей метод підходить для видалення всього шару плівки (наприклад, очищення зворотного боку після термічного окислення).
Реактор нижче за течією — це тип реактора, який зазвичай використовується для плазмового травлення. У цьому реакторі плазма генерується шляхом ударної іонізації у високочастотному електричному полі 2,45 ГГц і відділяється від пластини.
У зоні газорозряду внаслідок удару і збудження утворюються різні частинки, в тому числі вільні радикали. Вільні радикали - це нейтральні атоми або молекули з ненасиченими електронами, тому вони мають високу реакційну здатність. У процесі плазмового травлення часто використовуються деякі нейтральні гази, такі як тетрафторметан (CF4), які вводяться в зону газового розряду для генерації активних речовин шляхом іонізації або розкладання.
Наприклад, у газі CF4 він вводиться в зону газорозряду і розкладається на радикали фтору (F) і молекули дифториду вуглецю (CF2). Так само фтор (F) можна розкласти з CF4 додаванням кисню (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Під дією енергії газорозрядної області молекула фтору може розщеплюватися на два незалежних атома фтору, кожен з яких є вільним радикалом фтору. Оскільки кожен атом фтору має сім валентних електронів і прагне досягти електронної конфігурації інертного газу, усі вони дуже реакційноздатні. Крім нейтральних вільних радикалів фтору, в області газорозряду будуть присутні заряджені частинки, такі як CF+4, CF+3, CF+2 тощо. Згодом усі ці частинки та вільні радикали вводяться в камеру травлення через керамічну трубку.
Заряджені частинки можуть бути заблоковані екстракційними гратами або рекомбіновані в процесі формування нейтральних молекул, щоб контролювати їх поведінку в камері травлення. Вільні радикали фтору також зазнають часткової рекомбінації, але все ще достатньо активні, щоб потрапити в камеру травлення, хімічно реагувати на поверхні пластини та викликати здирання матеріалу. Інші нейтральні частинки не беруть участі в процесі травлення і витрачаються разом з 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. Реактивне іонне травлення (RIE)
Реактивне іонне травлення — це хіміко-фізичний процес травлення, який може дуже точно контролювати вибірковість, профіль травлення, швидкість травлення, однорідність і повторюваність. Він може досягати ізотропних і анізотропних профілів травлення і тому є одним із найважливіших процесів для створення різних тонких плівок у виробництві напівпровідників.
Під час RIE пластина поміщається на високочастотний електрод (HF електрод). За допомогою ударної іонізації утворюється плазма, в якій існують вільні електрони та позитивно заряджені іони. Якщо до високочастотного електрода прикладено позитивну напругу, вільні електрони накопичуються на поверхні електрода і не можуть знову покинути електрод через свою спорідненість до електронів. Тому електроди заряджені до -1000 В (напруга зміщення), щоб повільні іони не могли слідувати за швидкозмінним електричним полем до негативно зарядженого електрода.
Під час іонного травлення (RIE), якщо довжина вільного пробігу іонів велика, вони вдаряються об поверхню пластини майже перпендикулярно. Таким чином прискорені іони вибивають матеріал і утворюють хімічну реакцію шляхом фізичного травлення. Оскільки бічні стінки не зачіпаються, профіль травлення залишається анізотропним, а поверхневий знос невеликий. Однак селективність не дуже висока, оскільки також відбувається процес фізичного травлення. Крім того, прискорення іонів спричиняє пошкодження поверхні пластини, для відновлення якої потрібен термічний відпал.
Хімічна частина процесу травлення завершується реакцією вільних радикалів з поверхнею, а іони фізично стикаються з матеріалом, щоб він не осідав повторно на пластині чи стінках камери, уникаючи явища повторного осадження, подібного до травлення іонним променем. При збільшенні тиску газу в камері травлення довжина вільного пробігу іонів зменшується, що збільшує число зіткнень між іонами і молекулами газу, і іони розсіюються в більш різних напрямках. Це призводить до менш спрямованого травлення, що робить процес травлення більш хімічним.
Анізотропні профілі травлення досягаються шляхом пасивації бічних стінок під час травлення кремнію. Кисень вводиться в камеру травлення, де він реагує з витравленим кремнієм з утворенням діоксиду кремнію, який осідає на вертикальних бічних стінках. Завдяки іонному бомбардуванню оксидний шар на горизонтальних ділянках видаляється, що дозволяє продовжувати бічний процес травлення. Цей метод може контролювати форму профілю травлення та крутизну бічних стінок.
Швидкість травлення залежить від таких факторів, як тиск, потужність ВЧ-генератора, технологічний газ, фактична швидкість потоку газу та температура пластини, а діапазон її зміни не перевищує 15%. Анізотропія зростає зі збільшенням ВЧ потужності, зниженням тиску та температури. Рівномірність процесу травлення визначається газом, відстанню між електродами та матеріалом електродів. Якщо відстань між електродами занадто мала, плазма не може бути рівномірно розподілена, що призводить до нерівномірності. Збільшення відстані між електродами зменшує швидкість травлення, оскільки плазма розподіляється у більшому об’ємі. Найкращим електродним матеріалом є вуглець, оскільки він створює рівномірну напружену плазму, тому на край пластини впливають так само, як і на центр пластини.
Технологічний газ відіграє важливу роль у селективності та швидкості травлення. Для кремнію та кремнієвих сполук для травлення в основному використовуються фтор і хлор. Вибір відповідного газу, регулювання потоку та тиску газу та контроль інших параметрів, таких як температура та потужність у процесі, можуть досягти бажаної швидкості травлення, селективності та однорідності. Оптимізація цих параметрів зазвичай коригується для різних застосувань і матеріалів.
Процес травлення не обмежується одним газом, газовою сумішшю або фіксованими параметрами процесу. Наприклад, природний оксид на полікремнії може бути видалений спочатку з високою швидкістю травлення та низькою селективністю, тоді як полікремній може бути витравлений пізніше з вищою селективністю щодо підлеглих шарів.
——————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera може забезпечитиграфітові деталі, м'який/жорсткий фетр, деталі з карбіду кремнію,CVD деталі з карбіду кремнію,іДеталі з покриттям SiC/TaC з протягом 30 днів.
Якщо ви зацікавлені у вищевказаних напівпровідникових продуктах,будь ласка, не соромтеся звертатися до нас у перший раз.
Тел.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Час публікації: 12 вересня 2024 р