Τεχνολογία διαδικασίας χάραξης ημιαγωγών

Η χάραξη, ή η χάραξη, είναι ένα κρίσιμο βήμα στην κατασκευή ημιαγωγών, στην κατασκευή IC μικροηλεκτρονικών και στις διαδικασίες κατασκευής μικρο/νανο. Είναι μια πρωταρχική διαδικασία διαμόρφωσης που σχετίζεται με τη φωτολιθογραφία. Με στενή έννοια, η χάραξη είναι ουσιαστικά φωτολιθογραφική χάραξη, όπου το φωτοανθεκτικό αρχικά εκτίθεται χρησιμοποιώντας φωτολιθογραφία και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται άλλες μέθοδοι για την χάραξη του ανεπιθύμητου υλικού. Η χάραξη είναι η διαδικασία της επιλεκτικής αφαίρεσης ανεπιθύμητου υλικού από την επιφάνεια μιας γκοφρέτας πυριτίου χρησιμοποιώντας χημικές ή φυσικές μεθόδους. Ο βασικός του στόχος είναι να αναπαράγει με ακρίβεια το σχέδιο μάσκας στην επικαλυμμένη γκοφρέτα πυριτίου. Με την ανάπτυξη των διεργασιών μικροκατασκευής, η χάραξη έχει γίνει γενικά ένας γενικός όρος για την απογύμνωση και την αφαίρεση υλικού χρησιμοποιώντας διαλύματα, αντιδραστικά ιόντα ή άλλες μηχανικές μεθόδους, και έγινε ένας κοινός όρος στη μικροκατασκευή.

Η χάραξη μπορεί γενικά να κατηγοριοποιηθεί σε δύο τύπους: υγρή και ξηρή χάραξη. Στην ξηρή χάραξη, το αέριο διεγείρεται σε υψηλές συχνότητες (κυρίως 13,56 MHz ή 2,45 GHz). Υπό πιέσεις από 1 έως 100 Pa, η μέση ελεύθερη διαδρομή του κυμαίνεται από μερικά χιλιοστά έως μερικά εκατοστά. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι ξηρής χάραξης:

• Φυσική ξηρή χάραξη: Επιταχύνει τη φυσική φθορά των σωματιδίων στην επιφάνεια του πλακιδίου.

• Χημική ξηρή χάραξη: Το αέριο αντιδρά χημικά με την επιφάνεια του πλακιδίου.

• Χημική-φυσική ξηρή χάραξη: Μια φυσική διαδικασία χάραξης με χημικές ιδιότητες.

1. Χάραξη με δέσμη ιόντων

Η χάραξη με δέσμη ιόντων είναι μια φυσική διαδικασία ξηρής χάραξης. Τα ιόντα αργού ακτινοβολούνται στην επιφάνεια σε μια δέσμη ιόντων περίπου 1 έως 3 keV. Λόγω της ενέργειας των ιόντων, βομβαρδίζουν το επιφανειακό υλικό. Η γκοφρέτα εισάγεται κατακόρυφα ή υπό γωνία στη δέσμη ιόντων και η διαδικασία χάραξης είναι απολύτως ανισότροπη. Η επιλεκτικότητα είναι χαμηλή επειδή δεν κάνει διαφοροποίηση μεταξύ των επιπέδων. Το αέριο και το γυαλισμένο υλικό αποβάλλονται με αντλία κενού. Ωστόσο, επειδή τα προϊόντα της αντίδρασης δεν είναι αέρια, τα σωματίδια μπορούν να εναποτεθούν στα τοιχώματα του θαλάμου ή του θαλάμου.

Για να αποφευχθούν αυτά τα σωματίδια, ένα δεύτερο αέριο εισάγεται στον θάλαμο. Αυτό το αέριο αντιδρά με ιόντα αργού, προκαλώντας μια φυσικοχημική διαδικασία χάραξης. Μέρος του αερίου αντιδρά με την επιφάνεια, αλλά κάποιο άλλο αντιδρά με τα γυαλισμένα σωματίδια σχηματίζοντας αέρια υποπροϊόντα. Σχεδόν όλα τα υλικά μπορούν να χαραχθούν χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο. Λόγω της κατακόρυφης ακτινοβολίας, η φθορά στους κατακόρυφους τοίχους είναι πολύ χαμηλή (υψηλή ανισοτροπία). Ωστόσο, λόγω της χαμηλής επιλεκτικότητας και του χαμηλού ρυθμού χάραξης, αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται σπάνια στη σύγχρονη κατασκευή ημιαγωγών.

2. Χαλκογραφία πλάσματος

Η χάραξη πλάσματος είναι μια απολύτως χημική διαδικασία χάραξης (χημική ξηρή χάραξη). Το πλεονέκτημά του είναι ότι η επιφάνεια του πλακιδίου δεν καταστρέφεται από επιταχυνόμενα ιόντα. Λόγω των κινητών σωματιδίων του αερίου χάραξης, το προφίλ χάραξης είναι ισότροπο, καθιστώντας αυτή τη μέθοδο κατάλληλη για την αφαίρεση ολόκληρων στρωμάτων μεμβράνης (π.χ. καθαρισμός της πίσω πλευράς μετά από θερμική οξείδωση).

Ένας τύπος αντιδραστήρα που χρησιμοποιείται για χάραξη πλάσματος είναι ένας αντιδραστήρας κατάντη. Το πλάσμα αναφλέγεται σε υψηλή συχνότητα 2,45 GHz μέσω ιονισμού κρούσης και η θέση ιοντισμού κρούσης διαχωρίζεται από τη γκοφρέτα.

Στην περιοχή εκκένωσης αερίου, υπάρχουν διάφορα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των ελεύθερων ριζών, λόγω της πρόσκρουσης. Οι ελεύθερες ρίζες είναι ουδέτερα άτομα ή μόρια με ακόρεστα ηλεκτρόνια και επομένως είναι εξαιρετικά αντιδραστικές. Ως ουδέτερο αέριο, το τετραφθορομεθάνιο (CF4) εισάγεται στην περιοχή εκκένωσης αερίου και διαχωρίζεται σε μόρια CF2 και φθορίου (F2). Ομοίως, το φθόριο μπορεί να διαχωριστεί από το CF4 με την προσθήκη οξυγόνου (O2):

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

Το μόριο φθορίου μπορεί να χωριστεί σε δύο ξεχωριστά άτομα φθορίου από την ενέργεια στην περιοχή εκκένωσης αερίου: κάθε άτομο φθορίου είναι μια ελεύθερη ρίζα φθορίου, καθώς κάθε άτομο έχει επτά ηλεκτρόνια σθένους και στοχεύει στην επίτευξη μιας διαμόρφωσης αδρανούς αερίου. Εκτός από τις ουδέτερες ελεύθερες ρίζες, υπάρχουν αρκετά μερικώς φορτισμένα σωματίδια (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Όλα τα σωματίδια, οι ελεύθερες ρίζες κ.λπ., στη συνέχεια εισέρχονται στον θάλαμο χάραξης μέσω ενός κεραμικού σωλήνα. Τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν να αποκλειστούν από τον θάλαμο χάραξης με ένα πλέγμα εκχύλισης ή να ανασυνδυαστούν κατά τον σχηματισμό ουδέτερων μορίων. Οι ρίζες φθορίου ανασυνδυάζονται επίσης εν μέρει, αλλά αρκετά για να φτάσουν στον θάλαμο χάραξης, να αντιδράσουν στην επιφάνεια του πλακιδίου και να προκαλέσουν χημική τριβή. Άλλα ουδέτερα σωματίδια δεν αποτελούν μέρος της διαδικασίας χάραξης και εξαντλούνται μαζί με τα προϊόντα αντίδρασης.

Παραδείγματα λεπτών μεμβρανών που μπορούν να χαραχθούν κατά τη χάραξη πλάσματος: • Πυρίτιο: Si + 4F ---> SiF4 • Διοξείδιο του πυριτίου: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Νιτρίδιο πυριτίου: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 Etching χαρακτηριστικά: Reactive,RIE3. Το προφίλ, ο ρυθμός χάραξης, η ομοιομορφία και η επαναληψιμότητα μπορούν όλα να ελεγχθούν με μεγάλη ακρίβεια στη χάραξη με αντιδραστικά ιόντα. Ισότροπα προφίλ χάραξης καθώς και ανισότροπα είναι πιθανά. Επομένως, το RIE είναι μια χημική φυσική διαδικασία χάραξης και είναι η πιο σημαντική διαδικασία στην κατασκευή ημιαγωγών για την κατασκευή μιας μεγάλης ποικιλίας λεπτών μεμβρανών. Στον θάλαμο διεργασίας, η γκοφρέτα τοποθετείται σε ένα ηλεκτρόδιο υψηλής συχνότητας (ηλεκτρόδιο HF). Το πλάσμα παράγεται με ιονισμό κρούσης, στον οποίο εμφανίζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα. Εάν το ηλεκτρόδιο HF είναι σε θετική τάση, ελεύθερα ηλεκτρόνια συσσωρεύονται πάνω του και δεν μπορούν να φύγουν ξανά από το ηλεκτρόδιο λόγω της συγγένειάς τους με τα ηλεκτρόνια. Επομένως, το ηλεκτρόδιο φορτίζεται στα -1000 V (τάση πόλωσης). Τα αργά ιόντα που δεν μπορούν να ακολουθήσουν το ταχέως εναλλασσόμενο πεδίο κινούνται προς το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο.

Εάν η μέση ελεύθερη διαδρομή των ιόντων είναι υψηλή, τα σωματίδια βομβαρδίζουν την επιφάνεια του πλακιδίου σε σχεδόν κάθετες γωνίες. Έτσι, το υλικό εκτοξεύεται από την επιφάνεια με επιταχυνόμενα ιόντα (φυσική χάραξη) και ορισμένα σωματίδια αντιδρούν επίσης χημικά με την επιφάνεια. Τα πλαϊνά πλευρικά τοιχώματα είναι ανεπηρέαστα, επομένως δεν υπάρχει φθορά και το προφίλ χάραξης παραμένει ανισότροπο. Η επιλεκτικότητα δεν είναι πολύ μικρή, αλλά δεν είναι πολύ μεγάλη λόγω της φυσικής διαδικασίας χάραξης. Επιπλέον, η επιφάνεια του πλακιδίου είναι κατεστραμμένη από επιταχυνόμενα ιόντα και πρέπει να σκληρυνθεί με θερμική ανόπτηση. Το χημικό μέρος της διαδικασίας χάραξης επιτυγχάνεται μέσω της αντίδρασης των ελεύθερων ριζών με την επιφάνεια και το υλικό να αλέθονται φυσικά, έτσι δεν επαναεναποτίθεται πάνω στη γκοφρέτα ή στα τοιχώματα του θαλάμου όπως στην χάραξη με δέσμη ιόντων. Αυξάνοντας την πίεση στον θάλαμο χάραξης, η μέση ελεύθερη διαδρομή των σωματιδίων μειώνεται. Επομένως, υπάρχουν περισσότερες συγκρούσεις και τα σωματίδια ταξιδεύουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα λιγότερο κατευθυντική χάραξη και η διαδικασία χάραξης αποκτά περισσότερες χημικές ιδιότητες. Η αυξημένη επιλεκτικότητα οδηγεί σε ένα πιο ισότροπο προφίλ χάραξης. Τα ανισότροπα προφίλ χάραξης επιτυγχάνονται μέσω παθητικοποίησης των πλευρικών τοιχωμάτων κατά τη χάραξη με πυρίτιο. Το οξυγόνο στον θάλαμο χάραξης αντιδρά με το αλεσμένο πυρίτιο για να σχηματίσει διοξείδιο του πυριτίου, το οποίο εναποτίθεται στα κάθετα πλευρικά τοιχώματα. Το φιλμ οξειδίου στις οριζόντιες περιοχές αφαιρείται λόγω βομβαρδισμού ιόντων, επιτρέποντας τη συνέχιση της διαδικασίας πλευρικής χάραξης.

Ο ρυθμός χάραξης εξαρτάται από την πίεση, την ισχύ της γεννήτριας υψηλής συχνότητας, το αέριο διεργασίας, τον πραγματικό ρυθμό ροής αερίου και τη θερμοκρασία του πλακιδίου. Η ανισοτροπία αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος υψηλής συχνότητας, τη μείωση της πίεσης και τη μείωση της θερμοκρασίας. Η ομοιομορφία της διαδικασίας χάραξης εξαρτάται από το αέριο, την απόσταση μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων και το υλικό του ηλεκτροδίου. Εάν η απόσταση είναι πολύ μικρή, το πλάσμα δεν μπορεί να διασκορπιστεί ομοιόμορφα, με αποτέλεσμα την ανομοιογένεια. Η αύξηση της απόστασης του ηλεκτροδίου μειώνει τον ρυθμό χάραξης επειδή το πλάσμα κατανέμεται σε έναν διευρυμένο όγκο. Για τα ηλεκτρόδια, ο άνθρακας έχει αποδειχθεί ότι είναι το προτιμώμενο υλικό. Επειδή το φθόριο και το χλώριο προσβάλλουν επίσης άνθρακα, τα ηλεκτρόδια παράγουν ένα ομοιόμορφο τεντωμένο πλάσμα, επομένως οι άκρες του πλακιδίου επηρεάζονται με τον ίδιο τρόπο όπως το κέντρο του πλακιδίου.

Η επιλεκτικότητα και ο ρυθμός χάραξης εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το αέριο διεργασίας. Για ενώσεις πυριτίου και πυριτίου, χρησιμοποιούνται κυρίως φθόριο και χλώριο.

Οι διαδικασίες χάραξης δεν περιορίζονται σε ένα μόνο αέριο, μείγμα αερίων ή σταθερές παραμέτρους διεργασίας. Για παράδειγμα, τα φυσικά οξείδια στο πολυπυρίτιο μπορούν να αφαιρεθούν πρώτα με υψηλό ρυθμό χάραξης και με χαμηλή εκλεκτικότητα, ακολουθούμενη από χάραξη του πολυπυριτίου με υψηλότερη εκλεκτικότητα σε σχέση με τα υποκείμενα στρώματα.

Το Semicorex προσφέρει διάφοραΣυστατικά SiCστη διαδικασία χάραξης. Εάν έχετε οποιαδήποτε απορία ή χρειάζεστε πρόσθετες λεπτομέρειες, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.

Τηλέφωνο επικοινωνίας +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com