Postopek suhega jedkanja je običajno sestavljen iz štirih osnovnih stanj: pred jedkanjem, delno jedkanje, samo jedkanje in nad jedkanjem. Glavne značilnosti so hitrost jedkanja, selektivnost, kritična dimenzija, enotnost in zaznavanje končne točke.
Slika 1 Pred jedkanjem
Slika 2 Delno jedkanje
Slika 3 Samo jedkanje
Slika 4 Nad jedkanjem
(1) Stopnja jedkanja: globina ali debelina jedkanega materiala, odstranjenega na enoto časa.
Slika 5 Diagram hitrosti jedkanja
(2) Selektivnost: razmerje hitrosti jedkanja različnih materialov za jedkanje.
Slika 6 Diagram selektivnosti
(3) Kritična dimenzija: velikost vzorca na določenem območju po končanem jedkanju.
Slika 7 Diagram kritičnih dimenzij
(4) Enotnost: za merjenje enakomernosti kritične dimenzije jedkanja (CD), ki je na splošno označena s celotno karto CD, je formula: U=(Max-Min)/2*AVG.
Slika 8 Shematski diagram enotnosti
(5) Zaznavanje končne točke: Med postopkom jedkanja se nenehno zaznava sprememba jakosti svetlobe. Ko določena jakost svetlobe znatno naraste ali pade, se jedkanje konča, da označimo dokončanje določene plasti jedkanja filma.
Slika 9 Shematski diagram končne točke
Pri suhem jedkanju se plin vzbuja z visoko frekvenco (večinoma 13,56 MHz ali 2,45 GHz). Pri tlaku od 1 do 100 Pa je njegova povprečna prosta pot nekaj milimetrov do nekaj centimetrov. Obstajajo tri glavne vrste suhega jedkanja:
•Fizično suho jedkanje: pospešeni delci fizično obrabijo površino rezine
•Kemično suho jedkanje: plin kemično reagira s površino rezin
•Kemijsko fizikalno suho jedkanje: fizični postopek jedkanja s kemičnimi lastnostmi
1. Jedkanje z ionskim žarkom
Jedkanje z ionskim žarkom (Ion Beam Etching) je fizikalni postopek suhe obdelave, ki za obsevanje površine materiala uporablja žarek ionov argona z visoko energijo z energijo približno 1 do 3 keV. Energija ionskega žarka povzroči udarec in odstranitev površinskega materiala. Postopek jedkanja je anizotropen v primeru navpičnih ali poševnih vpadnih ionskih žarkov. Vendar pa zaradi pomanjkanja selektivnosti ni jasnega razlikovanja med materiali na različnih ravneh. Ustvarjene pline in jedkane materiale izčrpa vakuumska črpalka, a ker reakcijski produkti niso plini, se delci odlagajo na rezine ali stene komore.
Da bi preprečili nastajanje delcev, lahko v komoro uvedemo drugi plin. Ta plin bo reagiral z ioni argona in povzročil fizikalno in kemično jedkanje. Del plina bo reagiral s površinskim materialom, vendar bo reagiral tudi s poliranimi delci in tvoril plinaste stranske produkte. S to metodo je mogoče jedkati skoraj vse vrste materialov. Zaradi vertikalnega sevanja je obraba vertikalnih sten zelo majhna (visoka anizotropija). Vendar se ta postopek zaradi nizke selektivnosti in počasnega jedkanja redko uporablja v trenutni proizvodnji polprevodnikov.
2. Plazemsko jedkanje
Plazemsko jedkanje je absolutni postopek kemičnega jedkanja, znan tudi kot kemično suho jedkanje. Njegova prednost je, da ne povzroča ionskih poškodb površine rezin. Ker se aktivne vrste v jedkalnem plinu prosto gibljejo in je postopek jedkanja izotropen, je ta metoda primerna za odstranitev celotne plasti filma (na primer čiščenje hrbtne strani po termični oksidaciji).
Nizvodni reaktor je vrsta reaktorja, ki se običajno uporablja za plazemsko jedkanje. V tem reaktorju se plazma ustvari z udarno ionizacijo v visokofrekvenčnem električnem polju 2,45 GHz in se loči od rezine.
V območju izpusta plina zaradi udarca in vzbujanja nastajajo različni delci, med njimi tudi prosti radikali. Prosti radikali so nevtralni atomi ali molekule z nenasičenimi elektroni, zato so zelo reaktivni. V postopku plazemskega jedkanja se pogosto uporabljajo nekateri nevtralni plini, kot je tetrafluorometan (CF4), ki se vnesejo v območje izpusta plina, da se z ionizacijo ali razgradnjo ustvarijo aktivne snovi.
Na primer, v plinu CF4 se vnese v območje izpusta plina in se razgradi na fluorove radikale (F) in molekule ogljikovega difluorida (CF2). Podobno lahko fluor (F) razgradimo iz CF4 z dodajanjem kisika (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Molekula fluora se lahko pod energijo območja praznjenja plina razdeli na dva neodvisna atoma fluora, od katerih je vsak prosti radikal fluora. Ker ima vsak atom fluora sedem valenčnih elektronov in teži k doseganju elektronske konfiguracije inertnega plina, so vsi zelo reaktivni. Poleg nevtralnih prostih radikalov fluora bodo v območju plinske razelektritve nabiti delci, kot so CF+4, CF+3, CF+2 itd. Nato se vsi ti delci in prosti radikali skozi keramično cev vnesejo v komoro za jedkanje.
Nabite delce je mogoče blokirati z ekstrakcijskimi rešetkami ali jih rekombinirati v procesu tvorbe nevtralnih molekul za nadzor njihovega obnašanja v komori za jedkanje. Tudi prosti radikali fluora bodo podvrženi delni rekombinaciji, vendar so še vedno dovolj aktivni, da vstopijo v komoro za jedkanje, kemično reagirajo na površini rezin in povzročijo luščenje materiala. Drugi nevtralni delci ne sodelujejo pri jedkanju in se porabijo skupaj z reakcijskimi produkti.
Primeri tankih filmov, ki jih je mogoče jedkati s plazemskim jedkanjem:
• Silicij: Si + 4F—> SiF4
• Silicijev dioksid: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Silicijev nitrid: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Reaktivno ionsko jedkanje (RIE)
Reaktivno ionsko jedkanje je kemično-fizikalni postopek jedkanja, ki lahko zelo natančno nadzoruje selektivnost, profil jedkanja, hitrost jedkanja, enakomernost in ponovljivost. Lahko doseže izotropne in anizotropne profile jedkanja in je zato eden najpomembnejših postopkov za izdelavo različnih tankih filmov v proizvodnji polprevodnikov.
Med RIE je rezina postavljena na visokofrekvenčno elektrodo (HF elektroda). Z udarno ionizacijo se ustvari plazma, v kateri obstajajo prosti elektroni in pozitivno nabiti ioni. Če na VF elektrodo dovedemo pozitivno napetost, se prosti elektroni kopičijo na površini elektrode in zaradi svoje elektronske afinitete ne morejo več zapustiti elektrode. Zato so elektrode napolnjene do -1000 V (prednapetost), tako da počasni ioni ne morejo slediti hitro spreminjajočemu se električnemu polju do negativno nabite elektrode.
Med ionskim jedkanjem (RIE), če je povprečna prosta pot ionov velika, zadenejo površino rezine v skoraj pravokotni smeri. Na ta način pospešeni ioni izločijo material in tvorijo kemično reakcijo s fizičnim jedkanjem. Ker stranske stene niso prizadete, ostane profil jedkanja anizotropen in površinska obraba je majhna. Vendar pa selektivnost ni zelo visoka, ker se pojavi tudi proces fizičnega jedkanja. Poleg tega pospešek ionov povzroči poškodbe na površini rezine, ki zahteva termično žarjenje za popravilo.
Kemični del postopka jedkanja zaključijo prosti radikali, ki reagirajo s površino, in ioni fizično zadenejo material, tako da se ne odloži ponovno na rezino ali stene komore, s čimer se izognemo pojavu ponovnega odlaganja, kot je jedkanje z ionskim žarkom. Pri povečanju tlaka plina v komori za jedkanje se povprečna prosta pot ionov zmanjša, kar poveča število trkov med ioni in molekulami plina, ioni pa se razpršijo v več različnih smeri. Posledica tega je manj usmerjeno jedkanje, zaradi česar je postopek jedkanja bolj kemični.
Anizotropni profili jedkanja so doseženi s pasiviranjem stranskih sten med jedkanjem silicija. Kisik se vnese v komoro za jedkanje, kjer reagira z jedkanim silicijem in tvori silicijev dioksid, ki se odlaga na navpične stranske stene. Zaradi ionskega obstreljevanja se oksidna plast na vodoravnih območjih odstrani, kar omogoča nadaljevanje postopka stranskega jedkanja. Ta metoda lahko nadzira obliko jedkanega profila in strmino stranskih sten.
Na hitrost jedkanja vplivajo dejavniki, kot so tlak, moč HF generatorja, procesni plin, dejanska hitrost pretoka plina in temperatura rezin, njeno območje variacije pa je pod 15 %. Anizotropija se poveča z večanjem HF moči, padajočim tlakom in padajočo temperaturo. Enakomernost postopka jedkanja določajo plin, razmik elektrod in material elektrod. Če je razdalja elektrod premajhna, plazme ni mogoče enakomerno razpršiti, kar povzroči neenakomernost. Povečanje razdalje med elektrodami zmanjša hitrost jedkanja, ker se plazma porazdeli v večji prostornini. Ogljik je prednostni material za elektrode, ker proizvaja enakomerno napeto plazmo, tako da na rob rezine vpliva enako kot na sredino rezine.
Procesni plin ima pomembno vlogo pri selektivnosti in hitrosti jedkanja. Za silicij in silicijeve spojine se za jedkanje uporabljata predvsem fluor in klor. Z izbiro ustreznega plina, prilagoditvijo pretoka in tlaka plina ter nadzorom drugih parametrov, kot sta temperatura in moč v procesu, lahko dosežete želeno hitrost jedkanja, selektivnost in enakomernost. Optimizacija teh parametrov je običajno prilagojena različnim aplikacijam in materialom.
Postopek jedkanja ni omejen na en plin, mešanico plinov ali fiksne procesne parametre. Na primer, naravni oksid na polisiliciju je mogoče najprej odstraniti z visoko stopnjo jedkanja in nizko selektivnostjo, medtem ko je polisilicij mogoče jedkati pozneje z večjo selektivnostjo glede na spodnje plasti.
——————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera lahko zagotovigrafitnih delov, mehka/trda klobučevina, deli iz silicijevega karbida,CVD deli iz silicijevega karbida,inDeli, prevlečeni s SiC/TaC z v 30 dneh.
Če vas zanimajo zgornji polprevodniški izdelki,prosimo, ne oklevajte in nas kontaktirajte prvič.
Tel.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas objave: 12. septembra 2024