Halvlederætsningsprocesteknologi

Ætsning eller ætsning er et afgørende trin i halvlederfremstilling, mikroelektronik IC-fremstilling og mikro/nano-fremstillingsprocesser. Det er en primær mønsterproces forbundet med fotolitografi. I snæver forstand er ætsning i det væsentlige fotolitografisk ætsning, hvor fotoresist først eksponeres ved hjælp af fotolitografi, og derefter bruges andre metoder til at ætse det uønskede materiale væk. Ætsning er processen med selektiv fjernelse af uønsket materiale fra overfladen af ​​en siliciumwafer ved hjælp af kemiske eller fysiske metoder. Dens grundlæggende mål er nøjagtigt at replikere maskemønsteret på den coatede siliciumwafer. Med udviklingen af ​​mikrofremstillingsprocesser er ætsning i store træk blevet en generel betegnelse for stripning og fjernelse af materiale ved hjælp af opløsninger, reaktive ioner eller andre mekaniske metoder, og er blevet en almindelig betegnelse inden for mikrofremstilling.

Ætsning kan groft kategoriseres i to typer: våd ætsning og tør ætsning. Ved tørætsning exciteres gassen ved høje frekvenser (primært 13,56 MHz eller 2,45 GHz). Under tryk på 1 til 100 Pa varierer dens gennemsnitlige frie vej fra nogle få millimeter til nogle få centimeter. Der er tre hovedtyper af tørætsning:

• Fysisk tørætsning: Fremskynder det fysiske slid af partikler på waferoverfladen;

• Kemisk tørætsning: Gassen reagerer kemisk med waferoverfladen;

• Kemisk-fysisk tørætsning: En fysisk ætsningsproces med kemiske egenskaber;

1. Ionstråleætsning

Ionstråleætsning er en fysisk tørætsningsproces. Argonioner udstråles på overfladen i en ionstråle på ca. 1 til 3 keV. På grund af ionernes energi bombarderer de overfladematerialet. Waferen indsættes lodret eller i en vinkel ind i ionstrålen, og ætseprocessen er absolut anisotropisk. Selektiviteten er lav, fordi den ikke skelner mellem lag. Gassen og det polerede materiale udstødes af en vakuumpumpe; men fordi reaktionsprodukterne ikke er gasformige, kan partikler aflejres på waferen eller kammervæggene.

For at undgå disse partikler indføres en anden gas i kammeret. Denne gas reagerer med argonioner, hvilket inducerer en fysisk-kemisk ætsningsproces. Noget af gassen reagerer med overfladen, men noget reagerer med de polerede partikler og danner gasformige biprodukter. Næsten alle materialer kan ætses ved hjælp af denne metode. På grund af lodret stråling er sliddet på de lodrette vægge meget lavt (høj anisotropi). På grund af lav selektivitet og lav ætsningshastighed er denne proces dog sjældent brugt i moderne halvlederfremstilling.

2. Plasmaætsning

Plasmaætsning er en absolut kemisk ætsningsproces (kemisk tørætsning). Dens fordel er, at waferoverfladen ikke beskadiges af accelererede ioner. På grund af ætsegassens bevægelige partikler er ætsningsprofilen isotrop, hvilket gør denne metode velegnet til at fjerne hele filmlag (f.eks. rensning af bagsiden efter termisk oxidation).

En type reaktor, der anvendes til plasmaætsning, er en nedstrømsreaktor. Plasmaet antændes ved en høj frekvens på 2,45 GHz gennem stødionisering, og stødioniseringsstedet adskilles fra waferen.

I gasudledningsområdet er forskellige partikler, herunder frie radikaler, til stede på grund af påvirkningen. Frie radikaler er neutrale atomer eller molekyler med umættede elektroner og er derfor meget reaktive. Som en neutral gas indføres tetrafluormethan (CF4) i gasudledningsområdet og adskilles i CF2 og fluormolekyler (F2). På samme måde kan fluor separeres fra CF4 ved at tilsætte oxygen (O2):

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

Fluormolekylet kan opdeles i to separate fluoratomer af energien i gasudladningsområdet: hvert fluoratom er et frit fluorradikal, da hvert atom har syv valenselektroner og sigter mod at opnå en inert gaskonfiguration. Ud over de neutrale frie radikaler er der flere delvist ladede partikler (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Alle partikler, frie radikaler osv. kommer derefter ind i ætsekammeret gennem et keramisk rør. Ladede partikler kan blokeres fra ætsekammeret af et ekstraktionsgitter eller rekombineres under deres dannelse af neutrale molekyler. Fluorradikaler rekombinerer også delvist, men nok til at nå ætsekammeret, reagere på waferoverfladen og forårsage kemisk slid. Andre neutrale partikler er ikke en del af ætseprocessen og udtømmes sammen med reaktionsprodukterne.

Eksempler på tynde film, der kan ætses ved plasmaætsning: • Silicium: Si + 4F ---> SiF4 • Siliciumdioxid: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Siliciumnitrid: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Reaktiv ionætsning, ætsningsprofil: (reaktiv ionætsning, ætsning) hastighed, ensartethed og repeterbarhed kan alle styres meget præcist ved reaktiv ionætsning. Isotropiske ætsningsprofiler såvel som anisotrope er mulige. Derfor er RIE en kemisk fysisk ætsningsproces og er den vigtigste proces i halvlederfremstilling til at konstruere en lang række tynde film. I proceskammeret placeres waferen på en højfrekvenselektrode (HF-elektrode). Plasma dannes ved stødionisering, hvor frie elektroner og positivt ladede ioner optræder. Hvis HF-elektroden har en positiv spænding, akkumuleres frie elektroner på den og kan ikke forlade elektroden igen på grund af deres elektronaffinitet. Derfor oplades elektroden til -1000 V (forspænding). Langsomme ioner, der ikke kan følge det hurtigt vekslende felt, bevæger sig mod den negativt ladede elektrode.

Hvis den gennemsnitlige frie vej for ionerne er høj, bombarderer partiklerne waferoverfladen i næsten vinkelrette vinkler. Materialet udstødes således fra overfladen af ​​accelererede ioner (fysisk ætsning), og nogle partikler reagerer også kemisk med overfladen. Sidevæggene er upåvirkede, så der er ingen slid, og ætseprofilen forbliver anisotropisk. Selektiviteten er ikke for lille, men den er ikke for stor på grund af den fysiske ætseproces. Ydermere er waferoverfladen beskadiget af accelererede ioner og skal hærdes ved termisk udglødning. Den kemiske del af ætsningsprocessen opnås gennem reaktionen af ​​frie radikaler med overfladen og materialet, der fysisk formales, så det ikke genaflejres på waferen eller kammervæggene som ved ionstråleætsning. Ved at øge trykket i ætsekammeret falder den gennemsnitlige frie vej for partiklerne. Derfor er der flere kollisioner, og partiklerne rejser i forskellige retninger. Dette resulterer i mindre retningsbestemt ætsning, og ætsningsprocessen får flere kemiske egenskaber. Øget selektivitet resulterer i en mere isotrop ætsningsprofil. Anisotropiske ætsningsprofiler opnås gennem passivering af sidevæggene under siliciumætsning. Ilt i ætsekammeret reagerer med det formalede silicium og danner siliciumdioxid, som aflejres på de lodrette sidevægge. Oxidfilmen på de vandrette områder fjernes på grund af ionbombardement, hvilket tillader den laterale ætseproces at fortsætte.

Ætsningshastigheden afhænger af tryk, højfrekvent generatoreffekt, procesgas, faktisk gasstrømningshastighed og wafertemperatur. Anisotropi stiger med stigende højfrekvent effekt, faldende tryk og faldende temperatur. Ensartetheden af ​​ætseprocessen afhænger af gassen, afstanden mellem de to elektroder og elektrodematerialet. Hvis afstanden er for lille, kan plasmaet ikke spredes ensartet, hvilket resulterer i inhomogenitet. Forøgelse af elektrodeafstanden reducerer ætsningshastigheden, fordi plasmaet fordeles over et udvidet volumen. Til elektroder har kulstof vist sig at være det foretrukne materiale. Fordi fluor og klor også angriber kulstof, producerer elektroderne et ensartet belastet plasma, således at waferens kanter påvirkes på samme måde som waferens centrum.

Selektivitet og ætsningshastighed afhænger i høj grad af procesgassen. Til silicium og siliciumforbindelser anvendes primært fluor og klor.

Ætseprocesser er ikke begrænset til en enkelt gas, gasblanding eller faste procesparametre. For eksempel kan native oxider på polysilicium fjernes først ved en høj ætsningshastighed og med lav selektivitet, efterfulgt af ætsning af polysilicium med højere selektivitet i forhold til de underliggende lag.

Semicorex tilbyder forskelligeSiC komponenteri ætseproces. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com