Μία Εισαγωγή
Η χάραξη στη διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων χωρίζεται σε:
-Υγρή χάραξη
-Ξηρή χάραξη.
Τις πρώτες μέρες, η υγρή χάραξη χρησιμοποιήθηκε ευρέως, αλλά λόγω των περιορισμών της στον έλεγχο του πλάτους της γραμμής και στην κατευθυντικότητα χάραξης, οι περισσότερες διεργασίες μετά από 3μm χρησιμοποιούν ξηρή χάραξη. Η υγρή χάραξη χρησιμοποιείται μόνο για την αφαίρεση ορισμένων ειδικών στρωμάτων υλικού και τον καθαρισμό των υπολειμμάτων.
Η ξηρή χάραξη αναφέρεται στη διαδικασία χρήσης αέριων χημικών χαρακτικών για την αντίδραση με υλικά στη γκοφρέτα για να αφαιρεθεί το τμήμα του υλικού που πρόκειται να αφαιρεθεί και να σχηματιστούν πτητικά προϊόντα αντίδρασης, τα οποία στη συνέχεια εξάγονται από τον θάλαμο αντίδρασης. Η χάραξη συνήθως παράγεται άμεσα ή έμμεσα από το πλάσμα του αερίου χάραξης, επομένως η ξηρή χάραξη ονομάζεται επίσης χάραξη πλάσματος.
1.1 Πλάσμα
Το πλάσμα είναι ένα αέριο σε ασθενώς ιονισμένη κατάσταση που σχηματίζεται από εκκένωση λάμψης του αερίου χάραξης υπό τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (όπως που παράγεται από τροφοδοτικό ραδιοσυχνότητας). Περιλαμβάνει ηλεκτρόνια, ιόντα και ουδέτερα ενεργά σωματίδια. Μεταξύ αυτών, τα ενεργά σωματίδια μπορούν να αντιδράσουν άμεσα χημικά με το χαραγμένο υλικό για να επιτευχθεί χάραξη, αλλά αυτή η καθαρή χημική αντίδραση συνήθως συμβαίνει μόνο σε πολύ μικρό αριθμό υλικών και δεν είναι κατευθυντική. Όταν τα ιόντα έχουν μια ορισμένη ενέργεια, μπορούν να χαραχθούν με απευθείας φυσική ψεκασμό, αλλά ο ρυθμός χάραξης αυτής της καθαρής φυσικής αντίδρασης είναι εξαιρετικά χαμηλός και η επιλεκτικότητα είναι πολύ φτωχή.
Το μεγαλύτερο μέρος της χάραξης πλάσματος ολοκληρώνεται με τη συμμετοχή ενεργών σωματιδίων και ιόντων ταυτόχρονα. Σε αυτή τη διαδικασία, ο βομβαρδισμός ιόντων έχει δύο λειτουργίες. Το ένα είναι να καταστραφούν οι ατομικοί δεσμοί στην επιφάνεια του χαραγμένου υλικού, αυξάνοντας έτσι τον ρυθμό με τον οποίο τα ουδέτερα σωματίδια αντιδρούν μαζί του. Το άλλο είναι να απορρίψουμε τα προϊόντα αντίδρασης που εναποτίθενται στη διεπιφάνεια της αντίδρασης για να διευκολυνθεί η επαφή του χαρακτικού με την επιφάνεια του χαραγμένου υλικού, έτσι ώστε η χάραξη να συνεχιστεί.
Τα προϊόντα αντίδρασης που εναποτίθενται στα πλευρικά τοιχώματα της χαραγμένης δομής δεν μπορούν να αφαιρεθούν αποτελεσματικά με κατευθυντικό βομβαρδισμό ιόντων, εμποδίζοντας έτσι την χάραξη των πλευρικών τοιχωμάτων και σχηματίζοντας ανισότροπη χάραξη.
Δεύτερη διαδικασία χάραξης
2.1 Υγρή χάραξη και καθαρισμός
Η υγρή χάραξη είναι μια από τις πρώτες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Αν και οι περισσότερες διαδικασίες υγρής χάραξης έχουν αντικατασταθεί από ανισότροπη ξηρή χάραξη λόγω της ισότροπης χάραξης, εξακολουθεί να παίζει σημαντικό ρόλο στον καθαρισμό μη κρίσιμων στρωμάτων μεγαλύτερων μεγεθών. Ειδικά στη χάραξη υπολειμμάτων αφαίρεσης οξειδίων και στην επιδερμική απογύμνωση, είναι πιο αποτελεσματική και οικονομική από την ξηρή χάραξη.
Τα αντικείμενα της υγρής χάραξης περιλαμβάνουν κυρίως οξείδιο του πυριτίου, νιτρίδιο του πυριτίου, μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και πολυκρυσταλλικό πυρίτιο. Η υγρή χάραξη του οξειδίου του πυριτίου συνήθως χρησιμοποιεί υδροφθορικό οξύ (HF) ως τον κύριο χημικό φορέα. Προκειμένου να βελτιωθεί η εκλεκτικότητα, χρησιμοποιείται στη διεργασία αραιό υδροφθορικό οξύ ρυθμισμένο από φθοριούχο αμμώνιο. Για να διατηρηθεί η σταθερότητα της τιμής του pH, μπορεί να προστεθεί μικρή ποσότητα ισχυρού οξέος ή άλλων στοιχείων. Το ντοπαρισμένο οξείδιο του πυριτίου διαβρώνεται πιο εύκολα από το καθαρό οξείδιο του πυριτίου. Η υγρή χημική απογύμνωση χρησιμοποιείται κυρίως για την αφαίρεση φωτοανθεκτικού και σκληρής μάσκας (νιτρίδιο πυριτίου). Το ζεστό φωσφορικό οξύ (H3PO4) είναι το κύριο χημικό υγρό που χρησιμοποιείται για την υγρή χημική απογύμνωση για την απομάκρυνση του νιτριδίου του πυριτίου και έχει καλή εκλεκτικότητα για το οξείδιο του πυριτίου.
Ο υγρός καθαρισμός είναι παρόμοιος με την υγρή χάραξη και αφαιρεί κυρίως ρύπους στην επιφάνεια των πλακών πυριτίου μέσω χημικών αντιδράσεων, συμπεριλαμβανομένων σωματιδίων, οργανικής ύλης, μετάλλων και οξειδίων. Ο κύριος υγρός καθαρισμός είναι η υγρή χημική μέθοδος. Αν και το στεγνό καθάρισμα μπορεί να αντικαταστήσει πολλές μεθόδους υγρού καθαρισμού, δεν υπάρχει μέθοδος που να μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως τον υγρό καθαρισμό.
Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα χημικά για υγρό καθαρισμό περιλαμβάνουν θειικό οξύ, υδροχλωρικό οξύ, υδροφθορικό οξύ, φωσφορικό οξύ, υπεροξείδιο του υδρογόνου, υδροξείδιο του αμμωνίου, φθοριούχο αμμώνιο κ.λπ. σχηματίστε ένα διάλυμα καθαρισμού, όπως SC1, SC2, DHF, BHF, κ.λπ.
Ο καθαρισμός χρησιμοποιείται συχνά στη διαδικασία πριν από την εναπόθεση μεμβράνης οξειδίου, επειδή η προετοιμασία της μεμβράνης οξειδίου πρέπει να πραγματοποιείται σε μια απολύτως καθαρή επιφάνεια γκοφρέτας πυριτίου. Η κοινή διαδικασία καθαρισμού γκοφρέτας πυριτίου είναι η εξής:
2.2 Ξηρή χάραξη αnd Καθαρισμός
2.2.1 Ξηρή χάραξη
Η ξηρή χάραξη στη βιομηχανία αναφέρεται κυρίως στη χάραξη πλάσματος, η οποία χρησιμοποιεί πλάσμα με ενισχυμένη δραστηριότητα για να χαράξει συγκεκριμένες ουσίες. Το σύστημα εξοπλισμού σε διαδικασίες παραγωγής μεγάλης κλίμακας χρησιμοποιεί πλάσμα μη ισορροπίας χαμηλής θερμοκρασίας.
Η χάραξη πλάσματος χρησιμοποιεί κυρίως δύο τρόπους εκφόρτισης: χωρητική συζευγμένη εκφόρτιση και επαγωγική συζευγμένη εκφόρτιση
Στη λειτουργία εκφόρτισης συζευγμένης χωρητικότητας: το πλάσμα παράγεται και διατηρείται σε δύο παράλληλους πυκνωτές πλάκας μέσω μιας εξωτερικής τροφοδοσίας ραδιοσυχνότητας (RF). Η πίεση του αερίου είναι συνήθως αρκετά millitorr έως δεκάδες millitorr και ο ρυθμός ιονισμού είναι μικρότερος από 10-5. Στη λειτουργία εκφόρτισης επαγωγικά συζευγμένης: γενικά σε χαμηλότερη πίεση αερίου (δεκάδες millitorr), το πλάσμα παράγεται και διατηρείται από επαγωγικά συζευγμένη ενέργεια εισόδου. Ο ρυθμός ιοντισμού είναι συνήθως μεγαλύτερος από 10-5, επομένως ονομάζεται επίσης πλάσμα υψηλής πυκνότητας. Πηγές πλάσματος υψηλής πυκνότητας μπορούν επίσης να ληφθούν μέσω συντονισμού κυκλοτρονίων ηλεκτρονίων και εκκένωσης κύματος κυκλοτρονίου. Το πλάσμα υψηλής πυκνότητας μπορεί να βελτιστοποιήσει τον ρυθμό χάραξης και την επιλεκτικότητα της διαδικασίας χάραξης, ενώ μειώνει τη ζημιά στη χάραξη, ελέγχοντας ανεξάρτητα τη ροή ιόντων και την ενέργεια βομβαρδισμού ιόντων μέσω μιας εξωτερικής τροφοδοσίας ραδιοσυχνοτήτων ή μικροκυμάτων και μιας τροφοδοσίας ρεύματος πόλωσης RF στο υπόστρωμα.
Η διαδικασία ξηρής χάραξης έχει ως εξής: το αέριο χάραξης εγχέεται στον θάλαμο αντίδρασης κενού και αφού σταθεροποιηθεί η πίεση στον θάλαμο αντίδρασης, το πλάσμα παράγεται με εκκένωση λάμψης ραδιοσυχνότητας. μετά την πρόσκρουση από ηλεκτρόνια υψηλής ταχύτητας, αποσυντίθεται για να παράγει ελεύθερες ρίζες, οι οποίες διαχέονται στην επιφάνεια του υποστρώματος και απορροφώνται. Υπό τη δράση του βομβαρδισμού ιόντων, οι προσροφημένες ελεύθερες ρίζες αντιδρούν με άτομα ή μόρια στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσουν αέρια υποπροϊόντα, τα οποία απορρίπτονται από τον θάλαμο αντίδρασης. Η διαδικασία φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Οι διαδικασίες ξηρής χάραξης μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες τέσσερις κατηγορίες:
(1)Φυσική sputtering etching: Βασίζεται κυρίως στα ενεργητικά ιόντα στο πλάσμα για να βομβαρδίσει την επιφάνεια του χαραγμένου υλικού. Ο αριθμός των ατόμων που διασκορπίζονται εξαρτάται από την ενέργεια και τη γωνία των προσπίπτων σωματιδίων. Όταν η ενέργεια και η γωνία παραμένουν αμετάβλητες, ο ρυθμός εκτόξευσης διαφορετικών υλικών συνήθως διαφέρει μόνο κατά 2 έως 3 φορές, επομένως δεν υπάρχει επιλεκτικότητα. Η διαδικασία αντίδρασης είναι κυρίως ανισότροπη.
(2)Χημική χάραξη: Το πλάσμα παρέχει άτομα και μόρια χάραξης αέριας φάσης, τα οποία αντιδρούν χημικά με την επιφάνεια του υλικού για να παράγουν πτητικά αέρια. Αυτή η καθαρά χημική αντίδραση έχει καλή εκλεκτικότητα και παρουσιάζει ισότροπα χαρακτηριστικά χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η δομή του πλέγματος.
Για παράδειγμα: Si (στερεό) + 4F → SiF4 (αέριο), φωτοανθεκτικό + O (αέριο) → CO2 (αέριο) + H2O (αέριο)
(3)Χαλκογραφία που βασίζεται σε ενέργεια ιόντων: Τα ιόντα είναι και τα δύο σωματίδια που προκαλούν χάραξη και σωματίδια που μεταφέρουν ενέργεια. Η απόδοση χάραξης τέτοιων σωματιδίων που φέρουν ενέργεια είναι μεγαλύτερη από μία τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή της απλής φυσικής ή χημικής χάραξης. Μεταξύ αυτών, η βελτιστοποίηση των φυσικών και χημικών παραμέτρων της διαδικασίας είναι ο πυρήνας του ελέγχου της διαδικασίας χάραξης.
(4)Σύνθετη χάραξη με φράγμα ιόντων: Αναφέρεται κυρίως στη δημιουργία ενός προστατευτικού στρώματος φραγμού πολυμερούς από σύνθετα σωματίδια κατά τη διαδικασία χάραξης. Το πλάσμα απαιτεί ένα τέτοιο προστατευτικό στρώμα για την πρόληψη της αντίδρασης χάραξης των πλευρικών τοιχωμάτων κατά τη διαδικασία χάραξης. Για παράδειγμα, η προσθήκη C σε Cl και Cl2 χάραξη μπορεί να δημιουργήσει ένα στρώμα ένωσης χλωράνθρακα κατά τη χάραξη για να προστατεύσει τα πλευρικά τοιχώματα από τη χάραξη.
2.2.1 Στεγνό καθάρισμα
Το στεγνό καθάρισμα αναφέρεται κυρίως στον καθαρισμό πλάσματος. Τα ιόντα στο πλάσμα χρησιμοποιούνται για να βομβαρδίσουν την επιφάνεια που πρόκειται να καθαριστεί και τα άτομα και τα μόρια σε ενεργοποιημένη κατάσταση αλληλεπιδρούν με την επιφάνεια που πρόκειται να καθαριστεί, έτσι ώστε να αφαιρεθεί και να αποτεφρωθεί το φωτοανθεκτικό. Σε αντίθεση με την ξηρή χάραξη, οι παράμετροι διαδικασίας του στεγνού καθαρισμού συνήθως δεν περιλαμβάνουν κατευθυντική επιλεκτικότητα, επομένως ο σχεδιασμός της διαδικασίας είναι σχετικά απλός. Σε μεγάλης κλίμακας διαδικασίες παραγωγής, τα αέρια με βάση το φθόριο, το οξυγόνο ή το υδρογόνο χρησιμοποιούνται κυρίως ως το κύριο σώμα του πλάσματος της αντίδρασης. Επιπλέον, η προσθήκη ορισμένης ποσότητας πλάσματος αργού μπορεί να ενισχύσει το αποτέλεσμα βομβαρδισμού ιόντων, βελτιώνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα καθαρισμού.
Στη διαδικασία στεγνού καθαρισμού πλάσματος, χρησιμοποιείται συνήθως η μέθοδος απομακρυσμένου πλάσματος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στη διαδικασία καθαρισμού, ελπίζεται να μειωθεί η επίδραση βομβαρδισμού των ιόντων στο πλάσμα για τον έλεγχο της ζημιάς που προκαλείται από τον βομβαρδισμό ιόντων. και η ενισχυμένη αντίδραση των χημικών ελεύθερων ριζών μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα καθαρισμού. Το απομακρυσμένο πλάσμα μπορεί να χρησιμοποιήσει μικροκύματα για να δημιουργήσει ένα σταθερό και υψηλής πυκνότητας πλάσμα έξω από τον θάλαμο αντίδρασης, δημιουργώντας μεγάλο αριθμό ελεύθερων ριζών που εισέρχονται στον θάλαμο αντίδρασης για να επιτευχθεί η αντίδραση που απαιτείται για τον καθαρισμό. Οι περισσότερες από τις πηγές αερίου στεγνού καθαρισμού στη βιομηχανία χρησιμοποιούν αέρια με βάση το φθόριο, όπως το NF3, και περισσότερο από το 99% του NF3 αποσυντίθεται στο πλάσμα μικροκυμάτων. Δεν υπάρχει σχεδόν καμία επίδραση βομβαρδισμού ιόντων στη διαδικασία στεγνού καθαρισμού, επομένως είναι ωφέλιμο να προστατεύσετε τη γκοφρέτα πυριτίου από ζημιές και να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής του θαλάμου αντίδρασης.
Τρεις συσκευές υγρής χάραξης και καθαρισμού
3.1 Μηχάνημα καθαρισμού γκοφρέτας τύπου δεξαμενής
Η μηχανή καθαρισμού γκοφρέτας τύπου trough αποτελείται κυρίως από μια μονάδα μετάδοσης κιβωτίου μεταφοράς γκοφρέτας με μπροστινό άνοιγμα, μια μονάδα μετάδοσης φόρτωσης/εκφόρτωσης πλακών, μια μονάδα εισαγωγής αέρα εξαγωγής, μια μονάδα δεξαμενής χημικών υγρών, μια μονάδα δεξαμενής απιονισμένου νερού, μια δεξαμενή στεγνώματος μονάδα και μια μονάδα ελέγχου. Μπορεί να καθαρίσει πολλά κουτιά γκοφρέτες ταυτόχρονα και μπορεί να επιτύχει στέγνωμα και στέγνωμα των γκοφρετών.
3.2 Χαλκίδα γκοφρέτας τάφρων
3.3 Εξοπλισμός υγρής επεξεργασίας μονής γκοφρέτας
Σύμφωνα με διαφορετικούς σκοπούς διεργασίας, ο εξοπλισμός υγρής διεργασίας μονής γκοφρέτας μπορεί να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία είναι ο εξοπλισμός καθαρισμού μονής γκοφρέτας, των οποίων οι στόχοι καθαρισμού περιλαμβάνουν σωματίδια, οργανική ύλη, φυσικό στρώμα οξειδίου, ακαθαρσίες μετάλλων και άλλους ρύπους. Η δεύτερη κατηγορία είναι ο εξοπλισμός καθαρισμού μονής γκοφρέτας, του οποίου ο κύριος σκοπός της διαδικασίας είναι η αφαίρεση σωματιδίων στην επιφάνεια της γκοφρέτας. η τρίτη κατηγορία είναι ο εξοπλισμός χάραξης μονής γκοφρέτας, ο οποίος χρησιμοποιείται κυρίως για την αφαίρεση λεπτών μεμβρανών. Σύμφωνα με διαφορετικούς σκοπούς διεργασίας, ο εξοπλισμός χάραξης μονής γκοφρέτας μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους. Ο πρώτος τύπος είναι ο εξοπλισμός ήπιας χάραξης, ο οποίος χρησιμοποιείται κυρίως για την αφαίρεση στρωμάτων επιφανειακής ζημιάς που προκαλούνται από εμφύτευση ιόντων υψηλής ενέργειας. Ο δεύτερος τύπος είναι ο εξοπλισμός αφαίρεσης στρώσεων με θυσία, ο οποίος χρησιμοποιείται κυρίως για την αφαίρεση στρωμάτων φραγμού μετά από αραίωση γκοφρέτας ή χημική μηχανική στίλβωση.
Από τη σκοπιά της συνολικής αρχιτεκτονικής μηχανής, η βασική αρχιτεκτονική όλων των τύπων εξοπλισμού υγρής διεργασίας ενός πλακιδίου είναι παρόμοια, αποτελούμενη γενικά από έξι μέρη: κύριο πλαίσιο, σύστημα μεταφοράς γκοφρέτας, μονάδα θαλάμου, μονάδα παροχής και μεταφοράς χημικών υγρών, σύστημα λογισμικού και ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου.
3.4 Εξοπλισμός καθαρισμού μονής γκοφρέτας
Ο εξοπλισμός καθαρισμού μονής γκοφρέτας έχει σχεδιαστεί με βάση την παραδοσιακή μέθοδο καθαρισμού RCA και σκοπός της διεργασίας του είναι να καθαρίζει σωματίδια, οργανική ύλη, φυσικό στρώμα οξειδίου, μεταλλικές ακαθαρσίες και άλλους ρύπους. Όσον αφορά την εφαρμογή της διαδικασίας, ο εξοπλισμός καθαρισμού μεμονωμένων πλακών χρησιμοποιείται επί του παρόντος ευρέως στις διεργασίες μπροστινού και οπίσθιου άκρου της κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, συμπεριλαμβανομένου του καθαρισμού πριν και μετά το σχηματισμό φιλμ, καθαρισμού μετά από χάραξη πλάσματος, καθαρισμού μετά από εμφύτευση ιόντων, καθαρισμό μετά από χημικό μηχανική στίλβωση και καθαρισμός μετά από εναπόθεση μετάλλων. Εκτός από τη διεργασία φωσφορικού οξέος σε υψηλή θερμοκρασία, ο εξοπλισμός καθαρισμού μονής γκοφρέτας είναι βασικά συμβατός με όλες τις διαδικασίες καθαρισμού.
3.5 Εξοπλισμός χάραξης μονής γκοφρέτας
Ο σκοπός της διαδικασίας του εξοπλισμού χάραξης μονής γκοφρέτας είναι κυρίως η χάραξη λεπτής μεμβράνης. Σύμφωνα με το σκοπό της διαδικασίας, μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες, συγκεκριμένα, εξοπλισμό ελαφριάς χάραξης (χρησιμοποιείται για την αφαίρεση του στρώματος ζημιάς της επιφανειακής μεμβράνης που προκαλείται από εμφύτευση ιόντων υψηλής ενέργειας) και εξοπλισμός αφαίρεσης θυσιαστικής στρώσης (χρησιμοποιείται για την αφαίρεση του στρώματος φραγμού μετά από γκοφρέτα αραίωση ή χημική μηχανική στίλβωση). Τα υλικά που πρέπει να αφαιρεθούν κατά τη διαδικασία περιλαμβάνουν γενικά στρώματα πυριτίου, οξειδίου του πυριτίου, νιτριδίου του πυριτίου και μεταλλικών φιλμ.
Τέσσερις εξοπλισμός ξηρής χαρακτικής και καθαρισμού
4.1 Ταξινόμηση του εξοπλισμού χάραξης πλάσματος
Εκτός από τον εξοπλισμό χάραξης με επιμετάλλωση ιόντων που είναι κοντά σε καθαρή φυσική αντίδραση και τον εξοπλισμό αποκομμίωσης που είναι κοντά σε καθαρή χημική αντίδραση, η χάραξη πλάσματος μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τις διαφορετικές τεχνολογίες παραγωγής και ελέγχου πλάσματος:
-Χαλκογραφία χωρητικώς συζευγμένου πλάσματος (CCP).
-Επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα (ICP) χάραξη.
4.1.1 CCP
Η χωρητικά συζευγμένη χάραξη πλάσματος είναι η σύνδεση της τροφοδοσίας ραδιοσυχνότητας σε ένα ή και στα δύο από τα άνω και κάτω ηλεκτρόδια στον θάλαμο αντίδρασης και το πλάσμα μεταξύ των δύο πλακών σχηματίζει έναν πυκνωτή σε ένα απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα.
Υπάρχουν δύο παλαιότερες τέτοιες τεχνολογίες:
Το ένα είναι η πρώιμη χάραξη πλάσματος, η οποία συνδέει το τροφοδοτικό ραδιοσυχνοτήτων με το άνω ηλεκτρόδιο και το κάτω ηλεκτρόδιο όπου βρίσκεται το πλακίδιο είναι γειωμένο. Επειδή το πλάσμα που παράγεται με αυτόν τον τρόπο δεν θα σχηματίσει ένα επαρκώς παχύ περίβλημα ιόντων στην επιφάνεια του πλακιδίου, η ενέργεια του βομβαρδισμού ιόντων είναι χαμηλή και χρησιμοποιείται συνήθως σε διαδικασίες όπως η χάραξη πυριτίου που χρησιμοποιούν ενεργά σωματίδια ως κύρια ουσία χάραξης.
Το άλλο είναι η χάραξη πρώιμου αντιδραστικού ιόντος (RIE), η οποία συνδέει την τροφοδοσία ραδιοσυχνοτήτων με το κάτω ηλεκτρόδιο όπου βρίσκεται η γκοφρέτα και γειώνει το άνω ηλεκτρόδιο με μεγαλύτερη περιοχή. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να σχηματίσει ένα παχύτερο περίβλημα ιόντων, το οποίο είναι κατάλληλο για διηλεκτρικές διεργασίες χάραξης που απαιτούν υψηλότερη ενέργεια ιόντων για τη συμμετοχή στην αντίδραση. Με βάση την πρώιμη χάραξη αντιδραστικών ιόντων, προστίθεται ένα μαγνητικό πεδίο συνεχούς ρεύματος κάθετο στο ηλεκτρικό πεδίο RF για να σχηματιστεί η μετατόπιση ExB, η οποία μπορεί να αυξήσει την πιθανότητα σύγκρουσης ηλεκτρονίων και σωματιδίων αερίου, βελτιώνοντας έτσι αποτελεσματικά τη συγκέντρωση στο πλάσμα και τον ρυθμό χάραξης. Αυτή η χάραξη ονομάζεται χάραξη αντιδραστικών ιόντων με ενισχυμένο μαγνητικό πεδίο (MERIE).
Οι τρεις παραπάνω τεχνολογίες έχουν ένα κοινό μειονέκτημα, δηλαδή ότι η συγκέντρωση στο πλάσμα και η ενέργειά του δεν μπορούν να ελεγχθούν ξεχωριστά. Για παράδειγμα, για να αυξηθεί ο ρυθμός χάραξης, η μέθοδος αύξησης της ισχύος ραδιοσυχνοτήτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της συγκέντρωσης στο πλάσμα, αλλά η αυξημένη ισχύς ραδιοσυχνοτήτων θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε αύξηση της ενέργειας ιόντων, η οποία θα προκαλέσει βλάβη στις συσκευές η γκοφρέτα. Την τελευταία δεκαετία, η τεχνολογία χωρητικής σύζευξης έχει υιοθετήσει έναν σχεδιασμό πολλαπλών πηγών ραδιοσυχνοτήτων, οι οποίες συνδέονται με το άνω και το κάτω ηλεκτρόδιο αντίστοιχα ή και τα δύο με το κάτω ηλεκτρόδιο.
Με την επιλογή και την αντιστοίχιση διαφορετικών συχνοτήτων ραδιοσυχνοτήτων, η περιοχή του ηλεκτροδίου, η απόσταση, τα υλικά και άλλες βασικές παράμετροι συντονίζονται μεταξύ τους, η συγκέντρωση στο πλάσμα και η ενέργεια των ιόντων μπορούν να αποσυνδεθούν όσο το δυνατόν περισσότερο.
4.1.2 ICP
Η επαγωγική συζευγμένη χάραξη πλάσματος είναι η τοποθέτηση ενός ή περισσότερων σετ πηνίων συνδεδεμένων σε τροφοδοτικό ραδιοσυχνότητας πάνω ή γύρω από τον θάλαμο αντίδρασης. Το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το ρεύμα ραδιοσυχνότητας στο πηνίο εισέρχεται στον θάλαμο αντίδρασης μέσω του διηλεκτρικού παραθύρου για να επιταχύνει τα ηλεκτρόνια, δημιουργώντας έτσι πλάσμα. Σε ένα απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα (μετασχηματιστής), το πηνίο είναι η πρωταρχική αυτεπαγωγή περιέλιξης και το πλάσμα είναι η δευτερεύουσα αυτεπαγωγή περιέλιξης.
Αυτή η μέθοδος σύζευξης μπορεί να επιτύχει συγκέντρωση στο πλάσμα που είναι μεγαλύτερη από μία τάξη μεγέθους υψηλότερη από τη χωρητική σύζευξη σε χαμηλή πίεση. Επιπλέον, το δεύτερο τροφοδοτικό ραδιοσυχνοτήτων συνδέεται με τη θέση της γκοφρέτας ως τροφοδοτικό μεροληψίας για την παροχή ενέργειας βομβαρδισμού ιόντων. Επομένως, η συγκέντρωση ιόντων εξαρτάται από την πηγή τροφοδοσίας του πηνίου και η ενέργεια ιόντων εξαρτάται από την τροφοδοσία ρεύματος μεροληψίας, επιτυγχάνοντας έτσι μια πιο διεξοδική αποσύνδεση της συγκέντρωσης και της ενέργειας.
4.2 Εξοπλισμός χάραξης πλάσματος
Σχεδόν όλα τα χαρακτικά σε ξηρή χάραξη παράγονται άμεσα ή έμμεσα από το πλάσμα, επομένως η ξηρή χάραξη ονομάζεται συχνά χάραξη πλάσματος. Η χάραξη πλάσματος είναι ένας τύπος χάραξης πλάσματος με ευρεία έννοια. Στα δύο πρώιμα σχέδια αντιδραστήρα επίπεδης πλάκας, το ένα είναι η γείωση της πλάκας όπου βρίσκεται η γκοφρέτα και η άλλη πλάκα συνδέεται με την πηγή ραδιοσυχνοτήτων. το αλλο ειναι το αντιθετο. Στην προηγούμενη σχεδίαση, η περιοχή της γειωμένης πλάκας είναι συνήθως μεγαλύτερη από την περιοχή της πλάκας που συνδέεται με την πηγή ραδιοσυχνοτήτων και η πίεση του αερίου στον αντιδραστήρα είναι υψηλή. Η θήκη ιόντων που σχηματίζεται στην επιφάνεια της γκοφρέτας είναι πολύ λεπτή και η γκοφρέτα φαίνεται να είναι «βυθισμένη» στο πλάσμα. Η χάραξη ολοκληρώνεται κυρίως με τη χημική αντίδραση μεταξύ των ενεργών σωματιδίων στο πλάσμα και της επιφάνειας του χαραγμένου υλικού. Η ενέργεια του βομβαρδισμού ιόντων είναι πολύ μικρή και η συμμετοχή του στη χάραξη είναι πολύ χαμηλή. Αυτό το σχέδιο ονομάζεται λειτουργία χάραξης πλάσματος. Σε ένα άλλο σχέδιο, επειδή ο βαθμός συμμετοχής του βομβαρδισμού ιόντων είναι σχετικά μεγάλος, ονομάζεται τρόπος χάραξης αντιδραστικών ιόντων.
4.3 Εξοπλισμός χάραξης αντιδραστικών ιόντων
Η χάραξη αντιδραστικών ιόντων (RIE) αναφέρεται σε μια διαδικασία χάραξης στην οποία ενεργά σωματίδια και φορτισμένα ιόντα συμμετέχουν στη διαδικασία ταυτόχρονα. Μεταξύ αυτών, τα ενεργά σωματίδια είναι κυρίως ουδέτερα σωματίδια (γνωστά και ως ελεύθερες ρίζες), με υψηλή συγκέντρωση (περίπου 1% έως 10% της συγκέντρωσης αερίου), τα οποία είναι τα κύρια συστατικά του χαρακτικού. Τα προϊόντα που παράγονται από τη χημική αντίδραση μεταξύ αυτών και του χαραγμένου υλικού είτε εξατμίζονται και εξάγονται απευθείας από τον θάλαμο αντίδρασης είτε συσσωρεύονται στην χαραγμένη επιφάνεια. ενώ τα φορτισμένα ιόντα βρίσκονται σε χαμηλότερη συγκέντρωση (10-4 έως 10-3 της συγκέντρωσης του αερίου) και επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο του περιβλήματος ιόντων που σχηματίζεται στην επιφάνεια του πλακιδίου για να βομβαρδίσει την χαραγμένη επιφάνεια. Υπάρχουν δύο κύριες λειτουργίες των φορτισμένων σωματιδίων. Το ένα είναι να καταστραφεί η ατομική δομή του χαραγμένου υλικού, επιταχύνοντας έτσι τον ρυθμό με τον οποίο τα ενεργά σωματίδια αντιδρούν μαζί του. Το άλλο είναι να βομβαρδίσουμε και να αφαιρέσουμε τα συσσωρευμένα προϊόντα αντίδρασης έτσι ώστε το χαραγμένο υλικό να είναι σε πλήρη επαφή με τα ενεργά σωματίδια, έτσι ώστε η χάραξη να συνεχίζεται.
Επειδή τα ιόντα δεν συμμετέχουν άμεσα στην αντίδραση χάραξης (ή αντιπροσωπεύουν ένα πολύ μικρό ποσοστό, όπως η αφαίρεση φυσικού βομβαρδισμού και η άμεση χημική χάραξη ενεργών ιόντων), αυστηρά μιλώντας, η παραπάνω διαδικασία χάραξης θα πρέπει να ονομάζεται ιοντοβοηθούμενη χάραξη. Το όνομα reactive ion etching δεν είναι ακριβές, αλλά εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα. Ο πρώτος εξοπλισμός RIE τέθηκε σε χρήση τη δεκαετία του 1980. Λόγω της χρήσης ενός μόνο τροφοδοτικού ραδιοσυχνοτήτων και ενός σχετικά απλού σχεδιασμού θαλάμου αντίδρασης, έχει περιορισμούς όσον αφορά τον ρυθμό χάραξης, την ομοιομορφία και την επιλεκτικότητα.
4.4 Εξοπλισμός χάραξης αντιδραστικών ιόντων ενισχυμένου μαγνητικού πεδίου
Η συσκευή MERIE (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching) είναι μια συσκευή χάραξης που κατασκευάζεται προσθέτοντας ένα μαγνητικό πεδίο συνεχούς ρεύματος σε μια συσκευή RIE επίπεδης οθόνης και προορίζεται να αυξήσει τον ρυθμό χάραξης.
Ο εξοπλισμός MERIE τέθηκε σε χρήση σε μεγάλη κλίμακα τη δεκαετία του 1990, όταν ο εξοπλισμός χάραξης μονής πλακέτας είχε γίνει ο κύριος εξοπλισμός στη βιομηχανία. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα του εξοπλισμού MERIE είναι ότι η χωρική ανομοιογένεια κατανομής της συγκέντρωσης στο πλάσμα που προκαλείται από το μαγνητικό πεδίο θα οδηγήσει σε διαφορές ρεύματος ή τάσης στη συσκευή ολοκληρωμένου κυκλώματος, προκαλώντας έτσι ζημιά στη συσκευή. Δεδομένου ότι αυτή η βλάβη προκαλείται από στιγμιαία ανομοιογένεια, η περιστροφή του μαγνητικού πεδίου δεν μπορεί να την εξαλείψει. Καθώς το μέγεθος των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων συνεχίζει να συρρικνώνεται, η βλάβη της συσκευής τους γίνεται ολοένα και πιο ευαίσθητη στην ανομοιογένεια του πλάσματος και η τεχνολογία αύξησης του ρυθμού χάραξης μέσω ενίσχυσης του μαγνητικού πεδίου έχει σταδιακά αντικατασταθεί από τεχνολογία χάραξης επίπεδων αντιδραστικών ιόντων τροφοδοσίας πολλαπλών ραδιοσυχνοτήτων. είναι, χωρητικά συζευγμένη τεχνολογία χάραξης πλάσματος.
4.5 Χωρητικά συζευγμένος εξοπλισμός χάραξης πλάσματος
Ο εξοπλισμός χάραξης με χωρητικά συζευγμένο πλάσμα (CCP) είναι μια συσκευή που παράγει πλάσμα σε ένα θάλαμο αντίδρασης μέσω χωρητικής σύζευξης με την εφαρμογή τροφοδοσίας ραδιοσυχνότητας (ή DC) στην πλάκα του ηλεκτροδίου και χρησιμοποιείται για χάραξη. Η αρχή χάραξης του είναι παρόμοια με αυτή του εξοπλισμού χάραξης αντιδραστικών ιόντων.
Το απλοποιημένο σχηματικό διάγραμμα του εξοπλισμού χάραξης CCP φαίνεται παρακάτω. Χρησιμοποιεί γενικά δύο ή τρεις πηγές ραδιοσυχνοτήτων διαφορετικών συχνοτήτων και ορισμένες χρησιμοποιούν επίσης τροφοδοτικά DC. Η συχνότητα του τροφοδοτικού RF είναι 800kHz~162MHz και τα κοινά χρησιμοποιούμενα είναι 2MHz, 4MHz, 13MHz,27MHz,40MHz και 60MHz. Τα τροφοδοτικά RF με συχνότητα 2MHz ή 4MHz ονομάζονται συνήθως πηγές ραδιοσυχνοτήτων χαμηλής συχνότητας. Γενικά συνδέονται με το κάτω ηλεκτρόδιο όπου βρίσκεται η γκοφρέτα. Είναι πιο αποτελεσματικά στον έλεγχο της ενέργειας ιόντων, επομένως ονομάζονται επίσης τροφοδοτικά μεροληψίας. Τα τροφοδοτικά ραδιοσυχνοτήτων με συχνότητα πάνω από 27 MHz ονομάζονται πηγές ραδιοσυχνοτήτων υψηλής συχνότητας. Μπορούν να συνδεθούν είτε με το πάνω ηλεκτρόδιο είτε με το κάτω ηλεκτρόδιο. Είναι πιο αποτελεσματικά στον έλεγχο της συγκέντρωσης στο πλάσμα, επομένως ονομάζονται και τροφοδοτικά πηγής. Το τροφοδοτικό RF 13MHz βρίσκεται στη μέση και γενικά θεωρείται ότι έχει και τις δύο παραπάνω λειτουργίες αλλά είναι σχετικά πιο αδύναμο. Σημειώστε ότι παρόλο που η συγκέντρωση και η ενέργεια στο πλάσμα μπορούν να ρυθμιστούν σε ένα συγκεκριμένο εύρος από την ισχύ πηγών ραδιοσυχνοτήτων διαφορετικών συχνοτήτων (το λεγόμενο φαινόμενο αποσύνδεσης), λόγω των χαρακτηριστικών της χωρητικής σύζευξης, δεν μπορούν να ρυθμιστούν και να ελεγχθούν εντελώς ανεξάρτητα.
Η κατανομή ενέργειας των ιόντων έχει σημαντικό αντίκτυπο στη λεπτομερή απόδοση της χάραξης και της βλάβης της συσκευής, επομένως η ανάπτυξη τεχνολογίας για τη βελτιστοποίηση της διανομής ενέργειας ιόντων έχει γίνει ένα από τα βασικά σημεία του προηγμένου εξοπλισμού χάραξης. Επί του παρόντος, οι τεχνολογίες που έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην παραγωγή περιλαμβάνουν υβριδικό σύστημα μετάδοσης κίνησης πολλαπλών ραδιοσυχνοτήτων, υπέρθεση DC, RF σε συνδυασμό με πόλωση παλμού DC και σύγχρονη παλμική έξοδο ραδιοσυχνοτήτων τροφοδοσίας πόλωσης και τροφοδοσίας πηγής.
Ο εξοπλισμός χάραξης CCP είναι ένας από τους δύο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους τύπους εξοπλισμού χάραξης πλάσματος. Χρησιμοποιείται κυρίως στη διαδικασία χάραξης διηλεκτρικών υλικών, όπως χάραξη πλευρικού τοιχώματος πύλης και σκληρής μάσκας στο μπροστινό στάδιο της διαδικασίας λογικού τσιπ, χάραξη οπών επαφής στο μεσαίο στάδιο, χάραξη μωσαϊκού και μαξιλαριού αλουμινίου στο πίσω στάδιο, καθώς και χάραξη βαθιών τάφρων, βαθιών οπών και οπών επαφής καλωδίωσης σε διαδικασία τσιπ μνήμης flash 3D (λαμβάνοντας τη δομή νιτριδίου πυριτίου/οξειδίου του πυριτίου ως παράδειγμα).
Υπάρχουν δύο κύριες προκλήσεις και κατευθύνσεις βελτίωσης που αντιμετωπίζει ο εξοπλισμός χάραξης CCP. Πρώτον, στην εφαρμογή εξαιρετικά υψηλής ενέργειας ιόντων, η ικανότητα χάραξης δομών υψηλού λόγου διαστάσεων (όπως η χάραξη οπών και αυλακώσεων της τρισδιάστατης μνήμης flash απαιτεί αναλογία μεγαλύτερη από 50:1). Η τρέχουσα μέθοδος αύξησης της ισχύος πόλωσης για την αύξηση της ενέργειας ιόντων έχει χρησιμοποιήσει τροφοδοτικά ραδιοσυχνοτήτων έως και 10.000 watt. Λόγω της μεγάλης ποσότητας θερμότητας που παράγεται, η τεχνολογία ψύξης και ελέγχου θερμοκρασίας του θαλάμου αντίδρασης πρέπει να βελτιώνεται συνεχώς. Δεύτερον, πρέπει να υπάρξει μια σημαντική ανακάλυψη στην ανάπτυξη νέων αερίων χάραξης για να λυθεί ουσιαστικά το πρόβλημα της ικανότητας χάραξης.
4.6 Επαγωγικά συζευγμένος εξοπλισμός χάραξης πλάσματος
Ο εξοπλισμός χάραξης επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος (ICP) είναι μια συσκευή που συνδέει την ενέργεια μιας πηγής ισχύος ραδιοσυχνοτήτων σε έναν θάλαμο αντίδρασης με τη μορφή μαγνητικού πεδίου μέσω ενός πηνίου επαγωγής, δημιουργώντας έτσι πλάσμα για χάραξη. Η αρχή της χάραξης ανήκει επίσης στη γενικευμένη χάραξη αντιδραστικών ιόντων.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι σχεδίων πηγών πλάσματος για εξοπλισμό χάραξης ICP. Το ένα είναι η τεχνολογία μετασχηματιστή συζευγμένου πλάσματος (TCP) που αναπτύχθηκε και παράγεται από την Lam Research. Το πηνίο επαγωγής του τοποθετείται στο επίπεδο διηλεκτρικού παραθύρου πάνω από τον θάλαμο αντίδρασης. Το σήμα RF 13,56 MHz δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στο πηνίο που είναι κάθετο στο διηλεκτρικό παράθυρο και αποκλίνει ακτινικά με τον άξονα του πηνίου ως κέντρο.
Το μαγνητικό πεδίο εισέρχεται στον θάλαμο αντίδρασης μέσω του διηλεκτρικού παραθύρου και το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο παράλληλο με το διηλεκτρικό παράθυρο στον θάλαμο αντίδρασης, επιτυγχάνοντας έτσι τη διάσταση του αερίου χάραξης και τη δημιουργία πλάσματος. Δεδομένου ότι αυτή η αρχή μπορεί να γίνει κατανοητή ως ένας μετασχηματιστής με ένα πηνίο επαγωγής ως το πρωτεύον τύλιγμα και το πλάσμα στον θάλαμο αντίδρασης ως το δευτερεύον τύλιγμα, η χάραξη ICP ονομάζεται από αυτό.
Το κύριο πλεονέκτημα της τεχνολογίας TCP είναι ότι η δομή είναι εύκολο να κλιμακωθεί. Για παράδειγμα, από μια γκοφρέτα 200 mm σε μια γκοφρέτα 300 mm, το TCP μπορεί να διατηρήσει το ίδιο αποτέλεσμα χάραξης αυξάνοντας απλώς το μέγεθος του πηνίου.
Ένας άλλος σχεδιασμός πηγής πλάσματος είναι η τεχνολογία αποσυνδεδεμένης πηγής πλάσματος (DPS) που αναπτύχθηκε και παράγεται από την Applied Materials, Inc. των Ηνωμένων Πολιτειών. Το επαγωγικό πηνίο του τυλίγεται τρισδιάστατα σε ένα ημισφαιρικό διηλεκτρικό παράθυρο. Η αρχή της παραγωγής πλάσματος είναι παρόμοια με την προαναφερθείσα τεχνολογία TCP, αλλά η απόδοση διάστασης αερίου είναι σχετικά υψηλή, γεγονός που συμβάλλει στην επίτευξη υψηλότερης συγκέντρωσης στο πλάσμα.
Δεδομένου ότι η απόδοση της επαγωγικής σύζευξης για τη δημιουργία πλάσματος είναι υψηλότερη από αυτή της χωρητικής σύζευξης και το πλάσμα παράγεται κυρίως στην περιοχή κοντά στο διηλεκτρικό παράθυρο, η συγκέντρωσή του στο πλάσμα καθορίζεται βασικά από την ισχύ της πηγής τροφοδοσίας που συνδέεται με τον επαγωγέα πηνίο, και η ενέργεια ιόντων στο περίβλημα ιόντων στην επιφάνεια του πλακιδίου καθορίζεται βασικά από την ισχύ της τροφοδοσίας μεροληψίας, επομένως η συγκέντρωση και η ενέργεια του Τα ιόντα μπορούν να ελεγχθούν ανεξάρτητα, επιτυγχάνοντας έτσι την αποσύνδεση.
Ο εξοπλισμός χάραξης ICP είναι ένας από τους δύο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους τύπους εξοπλισμού χάραξης πλάσματος. Χρησιμοποιείται κυρίως για χάραξη ρηχών τάφρων από πυρίτιο, γερμανίου (Ge), κατασκευών πύλης πολυπυριτίου, μεταλλικές δομές πυλών, στραγγιστού πυριτίου (Strained-Si), μεταλλικών συρμάτων, μεταλλικών μαξιλαριών (Pads), σκληρών μάσκες μετάλλων χάραξης μωσαϊκού και πολλαπλών διεργασιών σε τεχνολογία πολλαπλής απεικόνισης.
Επιπλέον, με την άνοδο των τρισδιάστατων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, των αισθητήρων εικόνας CMOS και των μικροηλεκτρο-μηχανικών συστημάτων (MEMS), καθώς και με την ταχεία αύξηση της εφαρμογής διαμπερών διόδων πυριτίου (TSV), λοξών οπών μεγάλου μεγέθους και βαθιά χάραξη πυριτίου με διαφορετικές μορφολογίες, πολλοί κατασκευαστές έχουν λανσάρει εξοπλισμό χάραξης που έχει αναπτυχθεί ειδικά για αυτές τις εφαρμογές. Τα χαρακτηριστικά του είναι το μεγάλο βάθος χάραξης (δεκάδες ή και εκατοντάδες μικρά), επομένως λειτουργεί ως επί το πλείστον υπό συνθήκες υψηλής ροής αερίου, υψηλής πίεσης και υψηλής ισχύος.
—————————————————————————————————————————————— ————————————-
Το Semicera μπορεί να παρέχειμέρη γραφίτη, μαλακή/άκαμπτη τσόχα, μέρη καρβιδίου του πυριτίου, Μέρη καρβιδίου του πυριτίου CVD, καιΜέρη με επικάλυψη SiC/TaCμε 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: 31-8-2024