Halvledaretsningsprocessteknik

Etsning, eller etsning, är ett avgörande steg i halvledartillverkning, mikroelektronik IC-tillverkning och mikro/nano-tillverkningsprocesser. Det är en primär mönstringsprocess förknippad med fotolitografi. I en snäv mening är etsning i huvudsak fotolitografisk etsning, där fotoresist först exponeras med hjälp av fotolitografi, och sedan andra metoder används för att etsa bort det oönskade materialet. Etsning är processen att selektivt ta bort oönskat material från ytan på en kiselskiva med kemiska eller fysikaliska metoder. Dess grundläggande mål är att exakt replikera maskmönstret på den belagda silikonskivan. Med utvecklingen av mikrotillverkningsprocesser har etsning i stort sett blivit en allmän term för avskaffning och borttagning av material med hjälp av lösningar, reaktiva joner eller andra mekaniska metoder, och blivit en vanlig term inom mikrotillverkning.

Etsning kan grovt delas in i två typer: våtetsning och torretsning. Vid torretsning exciteras gasen vid höga frekvenser (främst 13,56 MHz eller 2,45 GHz). Under tryck på 1 till 100 Pa sträcker sig dess medelfria bana från några millimeter till några centimeter. Det finns tre huvudtyper av torretsning:

• Fysisk torretsning: Accelererar det fysiska slitaget av partiklar på waferns yta;

• Kemisk torretsning: Gasen reagerar kemiskt med skivans yta;

• Kemisk-fysikalisk torretsning: En fysikalisk etsningsprocess med kemiska egenskaper;

1. Jonstråleetsning

Jonstråleetsning är en fysisk torretsningsprocess. Argonjoner utstrålas på ytan i en jonstråle på ungefär 1 till 3 keV. På grund av jonernas energi bombarderar de ytmaterialet. Skivan sätts in vertikalt eller i en vinkel i jonstrålen, och etsningsprocessen är absolut anisotropisk. Selektiviteten är låg eftersom den inte skiljer mellan lager. Gasen och det polerade materialet drivs ut av en vakuumpump; eftersom reaktionsprodukterna inte är gasformiga kan emellertid partiklar avsättas på skivan eller kammarväggarna.

För att undvika dessa partiklar införs en andra gas i kammaren. Denna gas reagerar med argonjoner, vilket inducerar en fysikalisk-kemisk etsningsprocess. En del av gasen reagerar med ytan, men en del reagerar med de polerade partiklarna för att bilda gasformiga biprodukter. Nästan allt material kan etsas med denna metod. På grund av vertikal strålning är slitaget på de vertikala väggarna mycket lågt (hög anisotropi). Men på grund av låg selektivitet och låg etsningshastighet används denna process sällan i modern halvledartillverkning.

2. Plasmaetsning

Plasmaetsning är en absolut kemisk etsningsprocess (kemisk torretsning). Dess fördel är att skivans yta inte skadas av accelererade joner. På grund av de rörliga partiklarna i etsgasen är etsningsprofilen isotrop, vilket gör denna metod lämplig för att ta bort hela filmskikt (t.ex. rengöring av baksidan efter termisk oxidation).

En typ av reaktor som används för plasmaetsning är en nedströmsreaktor. Plasman antänds vid en hög frekvens på 2,45 GHz genom stötjonisering, och stötjoniseringsplatsen separeras från wafern.

I gasutsläppsområdet finns olika partiklar, inklusive fria radikaler, närvarande på grund av påverkan. Fria radikaler är neutrala atomer eller molekyler med omättade elektroner och är därför mycket reaktiva. Som en neutral gas införs tetrafluormetan (CF4) i gasutsläppsområdet och separeras i CF2 och fluormolekyler (F2). På liknande sätt kan fluor separeras från CF4 genom att tillsätta syre (O2):

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

Fluormolekylen kan delas i två separata fluoratomer av energin i gasurladdningsområdet: varje fluoratom är en fri fluorradikal, eftersom varje atom har sju valenselektroner och syftar till att uppnå en inert gaskonfiguration. Förutom de neutrala fria radikalerna finns det flera partiellt laddade partiklar (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Alla partiklar, fria radikaler etc. kommer sedan in i etsningskammaren genom ett keramiskt rör. Laddade partiklar kan blockeras från etsningskammaren genom ett extraktionsgitter eller rekombineras under deras bildning av neutrala molekyler. Fluorradikaler rekombinerar också delvis, men tillräckligt för att nå etsningskammaren, reagera på skivans yta och orsaka kemisk nötning. Andra neutrala partiklar ingår inte i etsningsprocessen och utarmas tillsammans med reaktionsprodukterna.

Exempel på tunna filmer som kan etsas vid plasmaetsning: • Kisel: Si + 4F ---> SiF4 • Kiseldioxid: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Kiselnitrid: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Reaktiv jonetsning, etsningsprofil: Reaktiv jonetsning, etsning hastighet, enhetlighet och repeterbarhet kan alla kontrolleras mycket exakt vid reaktiv jonetsning. Isotropiska etsningsprofiler såväl som anisotropa är möjliga. Därför är RIE en kemisk fysikalisk etsningsprocess och är den viktigaste processen inom halvledartillverkning för att konstruera en mängd olika tunna filmer. I processkammaren placeras skivan på en högfrekvenselektrod (HF-elektrod). Plasma genereras genom stötjonisering, där fria elektroner och positivt laddade joner uppträder. Om HF-elektroden har en positiv spänning, samlas fria elektroner på den och kan inte lämna elektroden igen på grund av deras elektronaffinitet. Därför laddas elektroden till -1000 V (förspänning). Långsamma joner som inte kan följa det snabbt växlande fältet rör sig mot den negativt laddade elektroden.

Om jonernas medelfria bana är hög, bombarderar partiklarna skivans yta i nästan vinkelräta vinklar. Således stöts materialet ut från ytan av accelererade joner (fysisk etsning), och vissa partiklar reagerar också kemiskt med ytan. Laterala sidoväggar är opåverkade, så det finns inget slitage och etsningsprofilen förblir anisotropisk. Selektiviteten är inte för liten, men den är inte för stor på grund av den fysiska etsningsprocessen. Dessutom skadas skivans yta av accelererade joner och måste härdas genom termisk glödgning. Den kemiska delen av etsningsprocessen åstadkoms genom reaktionen av fria radikaler med ytan och materialet som mals fysiskt, så det återavsätts inte på skivan eller kammarväggarna som vid jonstråleetsning. Genom att öka trycket i etsningskammaren minskar partiklarnas medelfria bana. Därför blir det fler kollisioner, och partiklarna färdas i olika riktningar. Detta resulterar i mindre riktad etsning och etsningsprocessen får fler kemiska egenskaper. Ökad selektivitet resulterar i en mer isotrop etsningsprofil. Anisotropiska etsningsprofiler uppnås genom passivering av sidoväggarna under silikonetsning. Syre i etsningskammaren reagerar med det malda kislet och bildar kiseldioxid, som avsätts på de vertikala sidoväggarna. Oxidfilmen på de horisontella områdena avlägsnas på grund av jonbombardement, vilket tillåter den laterala etsningsprocessen att fortsätta.

Etsningshastigheten beror på tryck, högfrekvent generatoreffekt, processgas, faktisk gasflödeshastighet och skivans temperatur. Anisotropin ökar med ökande högfrekvenseffekt, minskande tryck och minskande temperatur. Etsningsprocessens enhetlighet beror på gasen, avståndet mellan de två elektroderna och elektrodmaterialet. Om avståndet är för litet kan plasmat inte spridas enhetligt, vilket resulterar i inhomogenitet. Att öka elektrodavståndet minskar etsningshastigheten eftersom plasman fördelas över en expanderad volym. För elektroder har kol visat sig vara det föredragna materialet. Eftersom fluor och klor också angriper kol producerar elektroderna en jämnt spänd plasma, vilket gör att skivans kanter påverkas på samma sätt som skivans mitt.

Selektivitet och etsningshastighet beror starkt på processgasen. För kisel och kiselföreningar används i första hand fluor och klor.

Etsningsprocesser är inte begränsade till en enda gas, gasblandning eller fasta processparametrar. Till exempel kan nativa oxider på polykisel avlägsnas först med en hög etshastighet och med låg selektivitet, följt av etsning av polykiseln med högre selektivitet i förhållande till de underliggande skikten.

Semicorex erbjuder olikaSiC-komponenteri etsningsprocessen. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com