Η διαδικασία ξηρής χάραξης αποτελείται συνήθως από τέσσερις βασικές καταστάσεις: πριν από τη χάραξη, μερική χάραξη, απλώς χάραξη και πάνω από την χάραξη. Τα κύρια χαρακτηριστικά είναι ο ρυθμός χάραξης, η επιλεκτικότητα, η κρίσιμη διάσταση, η ομοιομορφία και η ανίχνευση τελικού σημείου.
Εικόνα 1 Πριν από τη χάραξη
Εικόνα 2 Μερική χάραξη
Εικόνα 3 Απλώς χάραξη
Εικόνα 4 Πάνω από χάραξη
(1) Ρυθμός χάραξης: το βάθος ή το πάχος του χαραγμένου υλικού που αφαιρέθηκε ανά μονάδα χρόνου.
Εικόνα 5 Διάγραμμα ρυθμού χάραξης
(2) Επιλεκτικότητα: η αναλογία των ρυθμών χάραξης διαφορετικών υλικών χάραξης.
Εικόνα 6 Διάγραμμα επιλεκτικότητας
(3) Κρίσιμη διάσταση: το μέγεθος του σχεδίου σε μια συγκεκριμένη περιοχή μετά την ολοκλήρωση της χάραξης.
Εικόνα 7 Διάγραμμα κρίσιμων διαστάσεων
(4) Ομοιομορφία: για τη μέτρηση της ομοιομορφίας της κρίσιμης διάστασης χάραξης (CD), που γενικά χαρακτηρίζεται από τον πλήρη χάρτη του CD, ο τύπος είναι: U=(Max-Min)/2*AVG.
Σχήμα 8 Σχηματικό διάγραμμα ομοιομορφίας
(5) Ανίχνευση τελικού σημείου: Κατά τη διαδικασία χάραξης, ανιχνεύεται συνεχώς η αλλαγή της έντασης του φωτός. Όταν μια ορισμένη ένταση φωτός αυξάνεται ή πέφτει σημαντικά, η χάραξη τερματίζεται για να σηματοδοτήσει την ολοκλήρωση ενός συγκεκριμένου στρώματος χάραξης μεμβράνης.
Εικόνα 9 Σχηματικό διάγραμμα τελικού σημείου
Στην ξηρή χάραξη, το αέριο διεγείρεται από υψηλή συχνότητα (κυρίως 13,56 MHz ή 2,45 GHz). Σε πίεση από 1 έως 100 Pa, η μέση ελεύθερη διαδρομή του είναι αρκετά χιλιοστά έως αρκετά εκατοστά. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι ξηρής χάραξης:
•Φυσική ξηρή χάραξη: τα επιταχυνόμενα σωματίδια φθείρουν φυσικά την επιφάνεια του πλακιδίου
•Χημική ξηρή χάραξη: το αέριο αντιδρά χημικά με την επιφάνεια του πλακιδίου
•Χημική φυσική ξηρή χάραξη: φυσική διαδικασία χάραξης με χημικά χαρακτηριστικά
1. Χάραξη με δέσμη ιόντων
Η χάραξη με δέσμη ιόντων (Ion Beam Etching) είναι μια φυσική διαδικασία ξηρής επεξεργασίας που χρησιμοποιεί μια δέσμη ιόντων αργού υψηλής ενέργειας με ενέργεια περίπου 1 έως 3 keV για να ακτινοβολήσει την επιφάνεια του υλικού. Η ενέργεια της δέσμης ιόντων προκαλεί πρόσκρουση και αφαίρεση του υλικού της επιφάνειας. Η διαδικασία χάραξης είναι ανισότροπη στην περίπτωση κατακόρυφων ή λοξών προσπίπτουσες δέσμες ιόντων. Ωστόσο, λόγω της έλλειψης επιλεκτικότητας, δεν υπάρχει σαφής διάκριση μεταξύ υλικών σε διαφορετικά επίπεδα. Τα παραγόμενα αέρια και τα χαραγμένα υλικά εξαντλούνται από την αντλία κενού, αλλά επειδή τα προϊόντα της αντίδρασης δεν είναι αέρια, τα σωματίδια εναποτίθενται στα τοιχώματα του θαλάμου ή του θαλάμου.
Για να αποφευχθεί ο σχηματισμός σωματιδίων, ένα δεύτερο αέριο μπορεί να εισαχθεί στον θάλαμο. Αυτό το αέριο θα αντιδράσει με τα ιόντα αργού και θα προκαλέσει μια φυσική και χημική διαδικασία χάραξης. Μέρος του αερίου θα αντιδράσει με το υλικό της επιφάνειας, αλλά θα αντιδράσει επίσης με τα γυαλισμένα σωματίδια για να σχηματίσει αέρια υποπροϊόντα. Σχεδόν όλα τα είδη υλικών μπορούν να χαραχθούν με αυτή τη μέθοδο. Λόγω της κατακόρυφης ακτινοβολίας, η φθορά στους κατακόρυφους τοίχους είναι πολύ μικρή (υψηλή ανισοτροπία). Ωστόσο, λόγω της χαμηλής επιλεκτικότητάς της και του αργού ρυθμού χάραξης, αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται σπάνια στην τρέχουσα κατασκευή ημιαγωγών.
2. Χάραξη πλάσματος
Η χάραξη πλάσματος είναι μια απόλυτη χημική διαδικασία χάραξης, γνωστή και ως χημική ξηρή χάραξη. Το πλεονέκτημά του είναι ότι δεν προκαλεί ζημιά ιόντων στην επιφάνεια του πλακιδίου. Δεδομένου ότι τα ενεργά είδη στο αέριο χάραξης είναι ελεύθερα να κινούνται και η διαδικασία χάραξης είναι ισότροπη, αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για την αφαίρεση ολόκληρου του στρώματος φιλμ (για παράδειγμα, καθαρισμός της πίσω πλευράς μετά από θερμική οξείδωση).
Ένας αντιδραστήρας κατάντη είναι ένας τύπος αντιδραστήρα που χρησιμοποιείται συνήθως για χάραξη πλάσματος. Σε αυτόν τον αντιδραστήρα, το πλάσμα παράγεται με ιονισμό κρούσης σε ηλεκτρικό πεδίο υψηλής συχνότητας 2,45 GHz και διαχωρίζεται από τη γκοφρέτα.
Στην περιοχή εκκένωσης αερίου, δημιουργούνται διάφορα σωματίδια λόγω κρούσης και διέγερσης, συμπεριλαμβανομένων των ελεύθερων ριζών. Οι ελεύθερες ρίζες είναι ουδέτερα άτομα ή μόρια με ακόρεστα ηλεκτρόνια, επομένως είναι εξαιρετικά αντιδραστικές. Στη διαδικασία χάραξης πλάσματος, μερικά ουδέτερα αέρια, όπως το τετραφθορομεθάνιο (CF4), χρησιμοποιούνται συχνά, τα οποία εισάγονται στην περιοχή εκκένωσης αερίου για να δημιουργήσουν ενεργά είδη με ιονισμό ή αποσύνθεση.
Για παράδειγμα, στο αέριο CF4, εισάγεται στην περιοχή εκκένωσης αερίου και αποσυντίθεται σε ρίζες φθορίου (F) και μόρια διφθοριούχου άνθρακα (CF2). Ομοίως, το φθόριο (F) μπορεί να αποσυντεθεί από το CF4 με την προσθήκη οξυγόνου (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Το μόριο φθορίου μπορεί να χωριστεί σε δύο ανεξάρτητα άτομα φθορίου υπό την ενέργεια της περιοχής εκκένωσης αερίου, καθένα από τα οποία είναι μια ελεύθερη ρίζα φθορίου. Δεδομένου ότι κάθε άτομο φθορίου έχει επτά ηλεκτρόνια σθένους και τείνει να επιτυγχάνει την ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός αδρανούς αερίου, είναι όλα πολύ αντιδραστικά. Εκτός από τις ουδέτερες ελεύθερες ρίζες φθορίου, θα υπάρχουν φορτισμένα σωματίδια όπως CF+4, CF+3, CF+2 κ.λπ. στην περιοχή εκκένωσης αερίου. Στη συνέχεια, όλα αυτά τα σωματίδια και οι ελεύθερες ρίζες εισάγονται στον θάλαμο χάραξης μέσω του κεραμικού σωλήνα.
Τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν να μπλοκαριστούν με σχάρες εκχύλισης ή να ανασυνδυαστούν στη διαδικασία σχηματισμού ουδέτερων μορίων για τον έλεγχο της συμπεριφοράς τους στον θάλαμο χάραξης. Οι ελεύθερες ρίζες φθορίου θα υποστούν επίσης μερικό ανασυνδυασμό, αλλά εξακολουθούν να είναι αρκετά δραστικές ώστε να εισέλθουν στον θάλαμο χάραξης, να αντιδράσουν χημικά στην επιφάνεια του πλακιδίου και να προκαλέσουν απογύμνωση υλικού. Άλλα ουδέτερα σωματίδια δεν συμμετέχουν στη διαδικασία χάραξης και καταναλώνονται μαζί με τα προϊόντα αντίδρασης.
Παραδείγματα λεπτών μεμβρανών που μπορούν να χαραχθούν σε χάραξη πλάσματος:
• Πυρίτιο: Si + 4F—> SiF4
• Διοξείδιο του πυριτίου: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Νιτρίδιο πυριτίου: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Χάραξη αντιδραστικών ιόντων (RIE)
Η χάραξη με αντιδραστικά ιόντα είναι μια χημική-φυσική διαδικασία χάραξης που μπορεί να ελέγξει με μεγάλη ακρίβεια την επιλεκτικότητα, το προφίλ χάραξης, τον ρυθμό χάραξης, την ομοιομορφία και την επαναληψιμότητα. Μπορεί να επιτύχει ισότροπα και ανισότροπα προφίλ χάραξης και επομένως είναι μια από τις πιο σημαντικές διαδικασίες για την κατασκευή διαφόρων λεπτών μεμβρανών στην κατασκευή ημιαγωγών.
Κατά τη διάρκεια του RIE, η γκοφρέτα τοποθετείται σε ένα ηλεκτρόδιο υψηλής συχνότητας (ηλεκτρόδιο HF). Μέσω του ιονισμού κρούσης, δημιουργείται ένα πλάσμα στο οποίο υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα. Εάν εφαρμοστεί θετική τάση στο ηλεκτρόδιο HF, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συσσωρεύονται στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου και δεν μπορούν να φύγουν ξανά από το ηλεκτρόδιο λόγω της συγγένειάς τους με τα ηλεκτρόνια. Επομένως, τα ηλεκτρόδια φορτίζονται στα -1000V (τάση πόλωσης) έτσι ώστε τα αργά ιόντα να μην μπορούν να ακολουθήσουν το ταχέως μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο στο αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο.
Κατά τη χάραξη ιόντων (RIE), εάν η μέση ελεύθερη διαδρομή των ιόντων είναι υψηλή, χτυπούν την επιφάνεια του πλακιδίου σε σχεδόν κάθετη κατεύθυνση. Με αυτόν τον τρόπο, τα επιταχυνόμενα ιόντα εκτοξεύουν το υλικό και σχηματίζουν μια χημική αντίδραση μέσω φυσικής χάραξης. Δεδομένου ότι τα πλευρικά τοιχώματα δεν επηρεάζονται, το προφίλ χάραξης παραμένει ανισότροπο και η φθορά της επιφάνειας είναι μικρή. Ωστόσο, η επιλεκτικότητα δεν είναι πολύ υψηλή επειδή συμβαίνει και η φυσική διαδικασία χάραξης. Επιπλέον, η επιτάχυνση των ιόντων προκαλεί βλάβη στην επιφάνεια του πλακιδίου, η οποία απαιτεί θερμική ανόπτηση για να επισκευαστεί.
Το χημικό μέρος της διαδικασίας χάραξης ολοκληρώνεται με τις ελεύθερες ρίζες που αντιδρούν με την επιφάνεια και τα ιόντα χτυπούν φυσικά το υλικό έτσι ώστε να μην εναποτίθεται ξανά στη γκοφρέτα ή στα τοιχώματα του θαλάμου, αποφεύγοντας το φαινόμενο επανααπόθεσης όπως η χάραξη με δέσμη ιόντων. Όταν αυξάνεται η πίεση του αερίου στο θάλαμο χάραξης, η μέση ελεύθερη διαδρομή των ιόντων μειώνεται, γεγονός που αυξάνει τον αριθμό των συγκρούσεων μεταξύ των ιόντων και των μορίων του αερίου και τα ιόντα διασκορπίζονται σε περισσότερες διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα λιγότερο κατευθυντική χάραξη, καθιστώντας τη διαδικασία χάραξης πιο χημική.
Τα ανισότροπα προφίλ χάραξης επιτυγχάνονται με παθητικοποίηση των πλευρικών τοιχωμάτων κατά τη χάραξη με πυρίτιο. Το οξυγόνο εισάγεται στον θάλαμο χάραξης, όπου αντιδρά με το χαραγμένο πυρίτιο για να σχηματίσει διοξείδιο του πυριτίου, το οποίο εναποτίθεται στα κάθετα πλευρικά τοιχώματα. Λόγω του βομβαρδισμού ιόντων, το στρώμα οξειδίου στις οριζόντιες περιοχές αφαιρείται, επιτρέποντας τη συνέχιση της διαδικασίας πλευρικής χάραξης. Αυτή η μέθοδος μπορεί να ελέγξει το σχήμα του προφίλ χάραξης και την απότομη κλίση των πλευρικών τοιχωμάτων.
Ο ρυθμός χάραξης επηρεάζεται από παράγοντες όπως η πίεση, η ισχύς της γεννήτριας HF, το αέριο διεργασίας, ο πραγματικός ρυθμός ροής αερίου και η θερμοκρασία του πλακιδίου και το εύρος διακύμανσής του διατηρείται κάτω από 15%. Η ανισοτροπία αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος HF, τη μείωση της πίεσης και τη μείωση της θερμοκρασίας. Η ομοιομορφία της διαδικασίας χάραξης καθορίζεται από το αέριο, την απόσταση των ηλεκτροδίων και το υλικό του ηλεκτροδίου. Εάν η απόσταση του ηλεκτροδίου είναι πολύ μικρή, το πλάσμα δεν μπορεί να διασκορπιστεί ομοιόμορφα, με αποτέλεσμα την ανομοιομορφία. Η αύξηση της απόστασης του ηλεκτροδίου μειώνει τον ρυθμό χάραξης επειδή το πλάσμα κατανέμεται σε μεγαλύτερο όγκο. Ο άνθρακας είναι το προτιμώμενο υλικό ηλεκτροδίων επειδή παράγει ένα ομοιόμορφο στραγγισμένο πλάσμα έτσι ώστε η άκρη του πλακιδίου να επηρεάζεται με τον ίδιο τρόπο όπως το κέντρο του πλακιδίου.
Το αέριο διεργασίας παίζει σημαντικό ρόλο στην επιλεκτικότητα και τον ρυθμό χάραξης. Για ενώσεις πυριτίου και πυριτίου, το φθόριο και το χλώριο χρησιμοποιούνται κυρίως για την επίτευξη χάραξης. Η επιλογή του κατάλληλου αερίου, η ρύθμιση της ροής και της πίεσης αερίου και ο έλεγχος άλλων παραμέτρων όπως η θερμοκρασία και η ισχύς στη διαδικασία μπορεί να επιτύχει τον επιθυμητό ρυθμό χάραξης, επιλεκτικότητα και ομοιομορφία. Η βελτιστοποίηση αυτών των παραμέτρων προσαρμόζεται συνήθως για διαφορετικές εφαρμογές και υλικά.
Η διαδικασία χάραξης δεν περιορίζεται σε μία παράμετρο αερίου, μείγμα αερίων ή σταθερές παραμέτρους διεργασίας. Για παράδειγμα, το φυσικό οξείδιο στο πολυπυρίτιο μπορεί να αφαιρεθεί πρώτα με υψηλό ρυθμό χάραξης και χαμηλή εκλεκτικότητα, ενώ το πολυπυρίτιο μπορεί να χαραχθεί αργότερα με υψηλότερη εκλεκτικότητα σε σχέση με τα υποκείμενα στρώματα.
—————————————————————————————————————————————— ————————————
Το Semicera μπορεί να παρέχειμέρη γραφίτη, μαλακή/άκαμπτη τσόχα, μέρη καρβιδίου του πυριτίου,Μέρη καρβιδίου του πυριτίου CVD,καιΜέρη με επικάλυψη SiC/TaC με σε 30 ημέρες.
Εάν ενδιαφέρεστε για τα παραπάνω προϊόντα ημιαγωγών,μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας την πρώτη φορά.
Τηλ: +86-13373889683
WhatsAPP:+86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-12-2024