Halvlederetsingsprosessteknologi

Etsing, eller etsing, er et avgjørende trinn i halvlederproduksjon, mikroelektronikk IC-produksjon og mikro/nano-produksjonsprosesser. Det er en primær mønsterprosess assosiert med fotolitografi. I snever forstand er etsing i hovedsak fotolitografisk etsing, hvor fotoresist først eksponeres ved hjelp av fotolitografi, og deretter andre metoder brukes for å etse bort det uønskede materialet. Etsing er prosessen med å selektivt fjerne uønsket materiale fra overflaten av en silisiumplate ved hjelp av kjemiske eller fysiske metoder. Dens grunnleggende mål er å nøyaktig gjenskape maskemønsteret på den belagte silisiumplaten. Med utviklingen av mikrofabrikasjonsprosesser har etsing stort sett blitt en generell betegnelse for stripping og fjerning av materiale ved bruk av løsninger, reaktive ioner eller andre mekaniske metoder, og blitt et vanlig begrep innen mikrofabrikasjon.

Etsing kan grovt kategoriseres i to typer: våt og tørr etsing. Ved tørretsing eksiteres gassen ved høye frekvenser (primært 13,56 MHz eller 2,45 GHz). Under trykk på 1 til 100 Pa varierer dens gjennomsnittlige frie bane fra noen få millimeter til noen få centimeter. Det er tre hovedtyper av tørr etsing:

• Fysisk tørr etsing: Fremskynder den fysiske slitasjen av partikler på waferoverflaten;

• Kjemisk tørretsing: Gassen reagerer kjemisk med waferoverflaten;

• Kjemisk-fysisk tørretsing: En fysisk etseprosess med kjemiske egenskaper;

1. Ionestråleetsing

Ionestråleetsing er en fysisk tørretsingsprosess. Argonioner utstråles på overflaten i en ionestråle på omtrent 1 til 3 keV. På grunn av energien til ionene bombarderer de overflatematerialet. Waferen settes vertikalt eller i vinkel inn i ionestrålen, og etseprosessen er absolutt anisotropisk. Selektiviteten er lav fordi den ikke skiller mellom lag. Gassen og det polerte materialet drives ut av en vakuumpumpe; Men fordi reaksjonsproduktene ikke er gassformige, kan partikler avsettes på skiven eller kammerveggene.

For å unngå disse partiklene, føres en andre gass inn i kammeret. Denne gassen reagerer med argonioner, og induserer en fysisk-kjemisk etseprosess. Noe av gassen reagerer med overflaten, men noe reagerer med de polerte partiklene for å danne gassformige biprodukter. Nesten alle materialer kan etses ved hjelp av denne metoden. På grunn av vertikal stråling er slitasjen på de vertikale veggene svært lav (høy anisotropi). På grunn av lav selektivitet og lav etsningshastighet, brukes imidlertid denne prosessen sjelden i moderne halvlederproduksjon.

2. Plasma-etsing

Plasmaetsing er en absolutt kjemisk etseprosess (kjemisk tørretsing). Dens fordel er at waferoverflaten ikke blir skadet av akselererte ioner. På grunn av de bevegelige partiklene til etsegassen, er etseprofilen isotrop, noe som gjør denne metoden egnet for å fjerne hele filmlag (f.eks. rengjøring av baksiden etter termisk oksidasjon).

En type reaktor som brukes til plasmaetsing er en nedstrømsreaktor. Plasmaet antennes ved en høy frekvens på 2,45 GHz gjennom støt-ionisering, og støt-ioniseringsstedet skiller seg fra waferen.

I gassutslippsområdet er forskjellige partikler, inkludert frie radikaler, tilstede på grunn av påvirkningen. Frie radikaler er nøytrale atomer eller molekyler med umettede elektroner og er derfor svært reaktive. Som en nøytral gass introduseres tetrafluormetan (CF4) i gassutslippsområdet og separeres i CF2 og fluormolekyler (F2). På samme måte kan fluor separeres fra CF4 ved å tilsette oksygen (O2):

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

Fluormolekylet kan deles i to separate fluoratomer av energien i gassutladningsområdet: hvert fluoratom er et fritt fluorradikal, siden hvert atom har syv valenselektroner og har som mål å oppnå en inertgasskonfigurasjon. I tillegg til de nøytrale frie radikalene er det flere delvis ladede partikler (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Alle partikler, frie radikaler, etc., kommer deretter inn i etsekammeret gjennom et keramisk rør. Ladede partikler kan blokkeres fra etsekammeret ved et ekstraksjonsgitter eller rekombineres under dannelsen av nøytrale molekyler. Fluorradikaler rekombinerer også delvis, men nok til å nå etsekammeret, reagere på waferoverflaten og forårsake kjemisk slitasje. Andre nøytrale partikler er ikke en del av etseprosessen og tømmes sammen med reaksjonsproduktene.

Eksempler på tynne filmer som kan etses i plasmaetsing: • Silisium: Si + 4F ---> SiF4 • Silisiumdioksyd: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Silisiumnitrid: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Reaktiv ionetsing, etsing, etsing, reaktiv profil hastighet, ensartethet og repeterbarhet kan alle kontrolleres svært nøyaktig ved reaktiv ioneetsing. Isotropiske etseprofiler så vel som anisotrope er mulige. Derfor er RIE en kjemisk fysisk etseprosess og er den viktigste prosessen i halvlederproduksjon for å konstruere et bredt utvalg av tynne filmer. I prosesskammeret plasseres waferen på en høyfrekvent elektrode (HF-elektrode). Plasma genereres ved slagionisering, der frie elektroner og positivt ladede ioner vises. Hvis HF-elektroden har en positiv spenning, samler det seg frie elektroner på den og kan ikke forlate elektroden igjen på grunn av deres elektronaffinitet. Derfor lades elektroden til -1000 V (forspenning). Langsomme ioner som ikke kan følge det raskt vekslende feltet beveger seg mot den negativt ladede elektroden.

Hvis den gjennomsnittlige frie banen til ionene er høy, bombarderer partiklene waferoverflaten i nesten vinkelrette vinkler. Dermed støtes materialet ut fra overflaten av akselererte ioner (fysisk etsing), og noen partikler reagerer også kjemisk med overflaten. Sideveggene er upåvirket, så det er ingen slitasje og etseprofilen forblir anisotropisk. Selektiviteten er ikke for liten, men den er ikke for stor på grunn av den fysiske etseprosessen. Videre er waferoverflaten skadet av akselererte ioner og må herdes ved termisk gløding. Den kjemiske delen av etseprosessen oppnås gjennom reaksjonen av frie radikaler med overflaten og materialet som blir fysisk malt, slik at det ikke avsettes på nytt på waferen eller kammerveggene som ved ionestråleetsing. Ved å øke trykket i etsekammeret reduseres den gjennomsnittlige frie banen til partiklene. Derfor blir det flere kollisjoner, og partiklene reiser i forskjellige retninger. Dette resulterer i mindre retningsbestemt etsing, og etseprosessen får flere kjemiske egenskaper. Økt selektivitet resulterer i en mer isotrop etseprofil. Anisotropiske etseprofiler oppnås gjennom passivering av sideveggene under silisiumetsing. Oksygen i etsekammeret reagerer med det malte silisiumet og danner silisiumdioksid, som avsettes på de vertikale sideveggene. Oksydfilmen på de horisontale områdene fjernes på grunn av ionebombardement, noe som lar den laterale etseprosessen fortsette.

Etsehastigheten avhenger av trykk, høyfrekvent generatorkraft, prosessgass, faktisk gassstrømningshastighet og wafertemperatur. Anisotropi øker med økende høyfrekvent kraft, synkende trykk og synkende temperatur. Ensartetheten til etseprosessen avhenger av gassen, avstanden mellom de to elektrodene og elektrodematerialet. Hvis avstanden er for liten, kan ikke plasmaet spres jevnt, noe som resulterer i inhomogenitet. Økning av elektrodeavstanden reduserer etsehastigheten fordi plasmaet er fordelt over et utvidet volum. For elektroder har karbon vist seg å være det foretrukne materialet. Fordi fluor og klor også angriper karbon, produserer elektrodene et jevnt anstrengt plasma, og dermed påvirkes waferkantene på samme måte som wafersenteret.

Selektivitet og etsehastighet avhenger sterkt av prosessgassen. For silisium og silisiumforbindelser brukes primært fluor og klor.

Etseprosesser er ikke begrenset til en enkelt gass, gassblanding eller faste prosessparametere. For eksempel kan native oksider på polysilisium fjernes først med høy etsehastighet og med lav selektivitet, etterfulgt av etsing av polysilisium med høyere selektivitet i forhold til de underliggende lagene.

Semicorex tilbyr ulikeSiC-komponenteri etseprosessen. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com