Proces suhog jetkanja obično se sastoji od četiri osnovna stanja: prije jetkanja, djelomično jetkanje, samo jetkanje i preko jetkanja. Glavne karakteristike su brzina jetkanja, selektivnost, kritična dimenzija, uniformnost i detekcija krajnje točke.
Slika 1 Prije jetkanja
Slika 2 Djelomično jetkanje
Slika 3 Samo jetkanje
Slika 4 Nagrizanje
(1) Brzina jetkanja: dubina ili debljina ugraviranog materijala uklonjenog po jedinici vremena.
Slika 5 Dijagram brzine jetkanja
(2) Selektivnost: omjer brzina jetkanja različitih materijala za jetkanje.
Slika 6. Dijagram selektivnosti
(3) Kritična dimenzija: veličina uzorka u određenom području nakon dovršetka jetkanja.
Slika 7 Dijagram kritičnih dimenzija
(4) Ujednačenost: za mjerenje ujednačenosti kritične dimenzije jetkanja (CD), općenito karakterizirane punom mapom CD-a, formula je: U=(Max-Min)/2*AVG.
Slika 8 Shematski dijagram ujednačenosti
(5) Detekcija krajnje točke: Tijekom procesa jetkanja konstantno se detektira promjena intenziteta svjetla. Kada određeni intenzitet svjetlosti značajno poraste ili opadne, jetkanje se prekida kako bi se označio završetak određenog sloja jetkanja filma.
Slika 9 Shematski dijagram krajnje točke
Kod suhog jetkanja, plin se pobuđuje visokom frekvencijom (uglavnom 13,56 MHz ili 2,45 GHz). Pri tlaku od 1 do 100 Pa njegov srednji slobodni put iznosi nekoliko milimetara do nekoliko centimetara. Postoje tri glavne vrste suhog jetkanja:
•Fizičko suho jetkanje: ubrzane čestice fizički troše površinu pločice
•Kemijsko suho jetkanje: plin kemijski reagira s površinom ploče
•Kemijsko fizičko suho jetkanje: fizički proces jetkanja s kemijskim karakteristikama
1. Jetkanje ionskom zrakom
Jetkanje ionskim snopom (Ion Beam Etching) fizički je suhi proces obrade koji koristi ionsku zraku argona visoke energije s energijom od oko 1 do 3 keV za ozračivanje površine materijala. Energija ionske zrake uzrokuje udar i uklanjanje površinskog materijala. Proces jetkanja je anizotropan u slučaju okomitih ili kosih upadnih ionskih zraka. Međutim, zbog nedostatka selektivnosti, ne postoji jasna razlika između materijala na različitim razinama. Stvoreni plinovi i ugravirani materijali se iscrpljuju pomoću vakuumske pumpe, ali budući da produkti reakcije nisu plinovi, čestice se talože na pločici ili stijenkama komore.
Kako bi se spriječilo stvaranje čestica, u komoru se može uvesti drugi plin. Ovaj plin će reagirati s ionima argona i izazvati fizički i kemijski proces jetkanja. Dio plina će reagirati s površinskim materijalom, ali će također reagirati i s poliranim česticama stvarajući plinovite nusprodukte. Ovom metodom mogu se urezati gotovo sve vrste materijala. Zbog vertikalnog zračenja, trošenje vertikalnih stijenki je vrlo malo (velika anizotropija). Međutim, zbog niske selektivnosti i spore brzine jetkanja, ovaj se postupak rijetko koristi u trenutnoj proizvodnji poluvodiča.
2. Plazma jetkanje
Plazma jetkanje je apsolutni kemijski proces jetkanja, također poznat kao kemijsko suho jetkanje. Prednost mu je što ne uzrokuje ionsko oštećenje površine pločice. Budući da se aktivne vrste u plinu za jetkanje mogu slobodno kretati, a proces jetkanja je izotropan, ova je metoda prikladna za uklanjanje cijelog sloja filma (na primjer, čišćenje stražnje strane nakon toplinske oksidacije).
Nizvodni reaktor je tip reaktora koji se obično koristi za plazma jetkanje. U ovom reaktoru plazma se stvara udarnom ionizacijom u visokofrekventnom električnom polju od 2,45 GHz i odvaja se od pločice.
U području plinskog pražnjenja uslijed udara i ekscitacije nastaju različite čestice, uključujući i slobodne radikale. Slobodni radikali su neutralni atomi ili molekule s nezasićenim elektronima, stoga su vrlo reaktivni. U procesu plazma jetkanja često se koriste neki neutralni plinovi, kao što je tetrafluorometan (CF4), koji se uvode u područje plinskog pražnjenja kako bi se ionizacijom ili razgradnjom stvorile aktivne tvari.
Na primjer, u plinu CF4, on se uvodi u područje ispuštanja plina i razgrađuje se na fluorove radikale (F) i molekule ugljikovog difluorida (CF2). Slično, fluor (F) se može razgraditi iz CF4 dodavanjem kisika (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Molekula fluora može se podijeliti na dva neovisna atoma fluora pod djelovanjem energije područja plinskog pražnjenja, od kojih je svaki slobodni radikal fluora. Budući da svaki atom fluora ima sedam valentnih elektrona i nastoji postići elektronsku konfiguraciju inertnog plina, svi su vrlo reaktivni. Osim neutralnih slobodnih radikala fluora, u području plinskog pražnjenja bit će nabijene čestice kao što su CF+4, CF+3, CF+2 itd. Potom se sve te čestice i slobodni radikali uvode u komoru za jetkanje kroz keramičku cijev.
Nabijene čestice mogu se blokirati ekstrakcijskim rešetkama ili rekombinirati u procesu formiranja neutralnih molekula kako bi se kontroliralo njihovo ponašanje u komori za jetkanje. Slobodni radikali fluora također će biti podvrgnuti djelomičnoj rekombinaciji, ali su još uvijek dovoljno aktivni da uđu u komoru za jetkanje, kemijski reagiraju na površini ploče i uzrokuju skidanje materijala. Ostale neutralne čestice ne sudjeluju u procesu jetkanja i troše se zajedno s produktima reakcije.
Primjeri tankih filmova koji se mogu urezati plazma jetkanjem:
• Silicij: Si + 4F—> SiF4
• Silicijev dioksid: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Silicijev nitrid: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Reaktivno ionsko jetkanje (RIE)
Reaktivno ionsko jetkanje je kemijsko-fizikalni proces jetkanja koji može vrlo precizno kontrolirati selektivnost, profil jetkanja, brzinu jetkanja, ujednačenost i ponovljivost. Može postići izotropne i anizotropne profile jetkanja i stoga je jedan od najvažnijih procesa za stvaranje različitih tankih filmova u proizvodnji poluvodiča.
Tijekom RIE, pločica se postavlja na visokofrekventnu elektrodu (HF elektroda). Udarnom ionizacijom stvara se plazma u kojoj postoje slobodni elektroni i pozitivno nabijeni ioni. Ako se na VF elektrodu dovede pozitivan napon, slobodni elektroni se nakupljaju na površini elektrode i ne mogu ponovno napustiti elektrodu zbog svog afiniteta prema elektronima. Stoga su elektrode nabijene do -1000 V (prednapon) tako da spori ioni ne mogu slijediti brzo promjenjivo električno polje do negativno nabijene elektrode.
Tijekom ionskog jetkanja (RIE), ako je srednji slobodni put iona velik, oni udaraju o površinu pločice u gotovo okomitom smjeru. Na taj način ubrzani ioni izbacuju materijal i tvore kemijsku reakciju fizičkim jetkanjem. Budući da bočne bočne stijenke nisu pogođene, profil jetkanja ostaje anizotropan, a površinsko trošenje je malo. Međutim, selektivnost nije jako visoka jer dolazi i do fizičkog procesa jetkanja. Osim toga, ubrzanje iona uzrokuje oštećenje površine pločice, što zahtijeva toplinsko žarenje za popravak.
Kemijski dio procesa jetkanja dovršen je reakcijom slobodnih radikala s površinom i ionima koji fizički udaraju materijal tako da se ne taloži ponovno na pločici ili stijenkama komore, izbjegavajući fenomen ponovnog taloženja poput jetkanja ionskom zrakom. Povećanjem tlaka plina u komori za jetkanje smanjuje se srednji slobodni put iona, što povećava broj sudara između iona i molekula plina, a ioni se raspršuju u više različitih smjerova. To rezultira manje usmjerenim jetkanjem, čineći proces jetkanja više kemijskim.
Anizotropni profili jetkanja postižu se pasiviranjem bočnih stijenki tijekom jetkanja silicija. Kisik se uvodi u komoru za jetkanje, gdje reagira s ugraviranim silicijem u obliku silicijevog dioksida, koji se taloži na okomitim bočnim stijenkama. Zbog ionskog bombardiranja, oksidni sloj na horizontalnim područjima je uklonjen, dopuštajući nastavak bočnog procesa jetkanja. Ovom se metodom može kontrolirati oblik profila za jetkanje i strmina bočnih stijenki.
Na brzinu jetkanja utječu čimbenici kao što su tlak, snaga HF generatora, procesni plin, stvarna brzina protoka plina i temperatura pločice, a raspon njezine varijacije održava se ispod 15%. Anizotropija se povećava s povećanjem HF snage, smanjenjem tlaka i smanjenjem temperature. Ujednačenost procesa jetkanja određena je plinom, razmakom elektroda i materijalom elektrode. Ako je udaljenost elektroda premala, plazma se ne može ravnomjerno raspršiti, što dovodi do nejednolikosti. Povećanje udaljenosti elektroda smanjuje brzinu jetkanja jer se plazma raspoređuje u većem volumenu. Ugljik je poželjan materijal za elektrodu jer proizvodi jednoliku napetu plazmu tako da rub pločice utječe na isti način kao i središte pločice.
Procesni plin ima važnu ulogu u selektivnosti i brzini jetkanja. Za silicij i spojeve silicija, fluor i klor se uglavnom koriste za postizanje jetkanja. Odabirom odgovarajućeg plina, podešavanjem protoka plina i tlaka te kontrolom ostalih parametara kao što su temperatura i snaga u procesu mogu se postići željena brzina jetkanja, selektivnost i jednolikost. Optimizacija ovih parametara obično se prilagođava različitim primjenama i materijalima.
Proces jetkanja nije ograničen na jedan plin, plinsku smjesu ili fiksne parametre procesa. Na primjer, izvorni oksid na polisiliciju može se prvo ukloniti velikom brzinom jetkanja i niskom selektivnošću, dok se polisilicij može kasnije urezati višom selektivnošću u odnosu na slojeve koji leže ispod.
———————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera može pružitigrafitnih dijelova, mekani/kruti filc, dijelovi od silicij karbida,CVD dijelovi od silicij karbida,iDijelovi presvučeni SiC/TaC sa za 30 dana.
Ako ste zainteresirani za gore navedene poluvodičke proizvode,nemojte se ustručavati kontaktirati nas prvi put.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Vrijeme objave: 12. rujna 2024