Technológia procesu leptania polovodičov

Leptanie alebo leptanie je kľúčovým krokom vo výrobe polovodičov, výrobe mikroelektronických integrovaných obvodov a mikro/nano výrobných procesoch. Je to primárny proces vzorovania spojený s fotolitografiou. V užšom zmysle je leptanie v podstate fotolitografické leptanie, kde sa fotorezist najprv exponuje pomocou fotolitografie a potom sa použijú iné metódy na odleptanie nežiaduceho materiálu. Leptanie je proces selektívneho odstraňovania nežiaduceho materiálu z povrchu kremíkového plátku pomocou chemických alebo fyzikálnych metód. Jeho základným cieľom je presne replikovať vzor masky na potiahnutej kremíkovej doštičke. S rozvojom procesov mikrovýroby sa leptanie vo všeobecnosti stalo všeobecným pojmom pre odstraňovanie a odstraňovanie materiálu pomocou roztokov, reaktívnych iónov alebo iných mechanických metód, čo sa stalo bežným pojmom v mikrovýrobe.

Leptanie možno vo všeobecnosti rozdeliť do dvoch typov: mokré leptanie a suché leptanie. Pri suchom leptaní je plyn excitovaný pri vysokých frekvenciách (predovšetkým 13,56 MHz alebo 2,45 GHz). Pri tlaku 1 až 100 Pa sa jeho stredná voľná dráha pohybuje od niekoľkých milimetrov do niekoľkých centimetrov. Existujú tri hlavné typy suchého leptania:

• Fyzické suché leptanie: Urýchľuje fyzické opotrebovanie častíc na povrchu plátku;

• Chemické suché leptanie: Plyn chemicky reaguje s povrchom plátku;

• Chemicko-fyzikálne suché leptanie: fyzikálny proces leptania s chemickými vlastnosťami;

1. Leptanie iónovým lúčom

Leptanie iónovým lúčom je fyzikálny proces suchého leptania. Ióny argónu sú vyžarované na povrch v iónovom zväzku približne 1 až 3 keV. Vďaka energii iónov bombardujú povrchový materiál. Doštička je vložená vertikálne alebo pod uhlom do iónového lúča a proces leptania je absolútne anizotropný. Selektivita je nízka, pretože nerozlišuje medzi vrstvami. Plyn a leštený materiál sú vytlačené vákuovou pumpou; avšak pretože reakčné produkty nie sú plynné, častice sa môžu usadzovať na plátku alebo stenách komory.

Aby sa zabránilo týmto časticiam, do komory sa zavádza druhý plyn. Tento plyn reaguje s argónovými iónmi a vyvoláva fyzikálno-chemický proces leptania. Časť plynu reaguje s povrchom, ale časť reaguje s vyleštenými časticami za vzniku plynných vedľajších produktov. Pomocou tejto metódy je možné leptať takmer všetky materiály. V dôsledku vertikálneho žiarenia je opotrebovanie zvislých stien veľmi nízke (vysoká anizotropia). Avšak kvôli nízkej selektivite a nízkej rýchlosti leptania sa tento proces v modernej výrobe polovodičov používa len zriedka.

2. Plazmové leptanie

Plazmové leptanie je absolútne chemický proces leptania (chemické suché leptanie). Jeho výhodou je, že povrch plátku nepoškodzujú urýchlené ióny. Vďaka pohyblivým časticiam leptacieho plynu je leptací profil izotropný, vďaka čomu je tento spôsob vhodný na odstraňovanie celých vrstiev filmu (napr. čistenie zadnej strany po tepelnej oxidácii).

Jedným typom reaktora používaným na plazmové leptanie je zaradený reaktor. Plazma sa zapáli pri vysokej frekvencii 2,45 GHz prostredníctvom nárazovej ionizácie a miesto nárazovej ionizácie sa oddelí od plátku.

V oblasti výboja plynu sú v dôsledku nárazu prítomné rôzne častice, vrátane voľných radikálov. Voľné radikály sú neutrálne atómy alebo molekuly s nenasýtenými elektrónmi, a preto sú vysoko reaktívne. Ako neutrálny plyn sa tetrafluórmetán (CF4) zavádza do oblasti výboja plynu a rozdeľuje sa na molekuly CF2 a fluóru (F2). Podobne možno fluór oddeliť od CF4 pridaním kyslíka (O2):

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

Molekula fluóru môže byť rozdelená na dva samostatné atómy fluóru energiou v oblasti výboja plynu: každý atóm fluóru je voľný radikál fluóru, pretože každý atóm má sedem valenčných elektrónov a jeho cieľom je dosiahnuť konfiguráciu inertného plynu. Okrem neutrálnych voľných radikálov existuje niekoľko čiastočne nabitých častíc (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Všetky častice, voľné radikály atď. sa potom dostávajú do leptacej komory cez keramickú trubicu. Nabité častice môžu byť blokované z leptacej komory extrakčnou mriežkou alebo rekombináciou počas ich tvorby neutrálnych molekúl. Fluórové radikály sa tiež čiastočne rekombinujú, ale dosť na to, aby sa dostali do leptacej komory, reagovali na povrchu plátku a spôsobili chemické oderu. Ostatné neutrálne častice nie sú súčasťou procesu leptania a sú ochudobnené spolu s reakčnými produktmi.

Príklady tenkých vrstiev leptateľných plazmovým leptaním: • Kremík: Si + 4F ---> SiF4 • Oxid kremičitý: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Nitrid kremíka: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Charakteristiky reaktívneho leptania, selektivita, leptanie, rovnomerné leptanie, leptanie, rovnomerné leptanie a opakovateľnosť je možné veľmi presne kontrolovať pri reaktívnom iónovom leptaní. Možné sú profily izotropného leptania aj anizotropné. Preto je RIE proces chemického fyzikálneho leptania a je najdôležitejším procesom vo výrobe polovodičov na konštrukciu širokej škály tenkých vrstiev. V procesnej komore je plátok umiestnený na vysokofrekvenčnej elektróde (HF elektróda). Plazma vzniká nárazovou ionizáciou, pri ktorej sa objavujú voľné elektróny a kladne nabité ióny. Ak je VF elektróda na kladnom napätí, hromadia sa na nej voľné elektróny a pre svoju elektrónovú afinitu nemôžu elektródu opäť opustiť. Preto je elektróda nabitá na -1000 V (predpätie). Pomalé ióny, ktoré nemôžu sledovať rýchlo sa striedajúce pole, sa pohybujú smerom k záporne nabitej elektróde.

Ak je stredná voľná dráha iónov vysoká, častice bombardujú povrch plátku v takmer kolmých uhloch. Materiál je teda z povrchu vyvrhovaný zrýchlenými iónmi (fyzikálne leptanie) a niektoré častice s povrchom aj chemicky reagujú. Bočné bočnice nie sú ovplyvnené, takže nedochádza k opotrebovaniu a profil leptania zostáva anizotropný. Selektivita nie je príliš malá, ale nie je príliš veľká kvôli procesu fyzického leptania. Okrem toho je povrch plátku poškodený urýchlenými iónmi a musí byť vytvrdený tepelným žíhaním. Chemická časť procesu leptania sa uskutočňuje reakciou voľných radikálov s povrchom a materiálom, ktorý je fyzikálne mletý, takže nedochádza k opätovnému ukladaniu na plátok alebo steny komory ako pri leptaní iónovým lúčom. Zvyšovaním tlaku v leptacej komore sa stredná voľná dráha častíc znižuje. Preto je viac zrážok a častice sa pohybujú rôznymi smermi. To má za následok menej smerové leptanie a proces leptania získava viac chemických vlastností. Zvýšená selektivita vedie k izotropnejšiemu profilu leptania. Anizotropné profily leptania sa dosahujú pasiváciou bočných stien pri leptaní kremíkom. Kyslík v leptacej komore reaguje s rozomletým kremíkom za vzniku oxidu kremičitého, ktorý sa ukladá na zvislé bočné steny. Oxidový film na horizontálnych oblastiach je odstránený v dôsledku bombardovania iónmi, čo umožňuje pokračovanie procesu laterálneho leptania.

Rýchlosť leptania závisí od tlaku, výkonu vysokofrekvenčného generátora, procesného plynu, aktuálneho prietoku plynu a teploty plátku. Anizotropia sa zvyšuje so zvyšujúcim sa vysokofrekvenčným výkonom, klesajúcim tlakom a klesajúcou teplotou. Rovnomernosť procesu leptania závisí od plynu, vzdialenosti medzi dvoma elektródami a materiálu elektródy. Ak je vzdialenosť príliš malá, plazma nemôže byť rovnomerne rozptýlená, čo vedie k nehomogenite. Zväčšenie vzdialenosti elektród znižuje rýchlosť leptania, pretože plazma je distribuovaná v rozšírenom objeme. Pre elektródy sa ukázalo, že uhlík je preferovaným materiálom. Pretože fluór a chlór napádajú aj uhlík, elektródy produkujú rovnomerne napnutú plazmu, takže okraje plátku sú ovplyvnené rovnakým spôsobom ako stred plátku.

Selektivita a rýchlosť leptania do značnej miery závisia od procesného plynu. Pre kremík a zlúčeniny kremíka sa primárne používa fluór a chlór.

Procesy leptania nie sú obmedzené na jeden plyn, zmes plynov alebo pevné parametre procesu. Napríklad natívne oxidy na polysilikóne možno najskôr odstrániť vysokou rýchlosťou leptania a s nízkou selektivitou, po čom nasleduje leptanie polysilikónu s vyššou selektivitou v porovnaní s podkladovými vrstvami.

Semicorex ponúka rôzneSiC komponentyv procese leptania. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com