Teknologi proses etsa semikonduktor

Etsa, atau etsa, ialah langkah penting dalam pembuatan semikonduktor, pembuatan IC mikroelektronik dan proses pembuatan mikro/nano. Ia merupakan proses pencorakan utama yang dikaitkan dengan fotolitografi. Dalam erti kata yang sempit, etsa pada asasnya ialah etsa fotolitografik, di mana photoresist pertama kali didedahkan menggunakan photolithography, dan kemudian kaedah lain digunakan untuk menghilangkan bahan yang tidak diingini. Etsa ialah proses membuang bahan yang tidak diingini secara selektif dari permukaan wafer silikon menggunakan kaedah kimia atau fizikal. Matlamat asasnya adalah untuk meniru corak topeng pada wafer silikon bersalut dengan tepat. Dengan perkembangan proses fabrikasi mikro, etsa secara meluas telah menjadi istilah umum untuk pelucutan dan penyingkiran bahan menggunakan larutan, ion reaktif atau kaedah mekanikal lain, menjadi istilah biasa dalam mikrofabrikasi.

Goresan boleh dikategorikan kepada dua jenis: goresan basah dan goresan kering. Dalam etsa kering, gas teruja pada frekuensi tinggi (terutamanya 13.56 MHz atau 2.45 GHz). Di bawah tekanan 1 hingga 100 Pa, purata laluan bebasnya berjulat dari beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter. Terdapat tiga jenis utama etsa kering:

• Goresan kering fizikal: Mempercepatkan kehausan fizikal zarah pada permukaan wafer;

• Goresan kering kimia: Gas bertindak balas secara kimia dengan permukaan wafer;

• Goresan kering kimia-fizikal: Proses goresan fizikal dengan sifat kimia;

1. Goresan pancaran ion

Goresan rasuk ion ialah proses goresan kering fizikal. Ion argon dipancarkan ke permukaan dalam pancaran ion kira-kira 1 hingga 3 keV. Oleh kerana tenaga ion, mereka mengebom bahan permukaan. Wafer dimasukkan secara menegak atau pada sudut ke dalam pancaran ion, dan proses etsa benar-benar anisotropik. Selektif adalah rendah kerana ia tidak membezakan antara lapisan. Gas dan bahan yang digilap dikeluarkan oleh pam vakum; bagaimanapun, kerana hasil tindak balas bukan gas, zarah boleh memendap pada dinding wafer atau ruang.

Untuk mengelakkan zarah ini, gas kedua dimasukkan ke dalam ruang. Gas ini bertindak balas dengan ion argon, mendorong proses etsa fizikokimia. Sebahagian daripada gas bertindak balas dengan permukaan, tetapi sesetengahnya bertindak balas dengan zarah yang digilap untuk membentuk hasil sampingan gas. Hampir semua bahan boleh terukir menggunakan kaedah ini. Disebabkan oleh sinaran menegak, haus pada dinding menegak adalah sangat rendah (anisotropi tinggi). Walau bagaimanapun, disebabkan selektiviti yang rendah dan kadar etsa yang rendah, proses ini jarang digunakan dalam pembuatan semikonduktor moden.

2. Plasma Etching

Goresan plasma ialah proses goresan secara kimia (chemical dry etch). Kelebihannya ialah permukaan wafer tidak rosak oleh ion dipercepatkan. Disebabkan oleh zarah alih gas etsa, profil etsa adalah isotropik, menjadikan kaedah ini sesuai untuk mengeluarkan keseluruhan lapisan filem (cth., pembersihan bahagian belakang selepas pengoksidaan terma).

Satu jenis reaktor yang digunakan untuk etsa plasma ialah reaktor hiliran. Plasma dinyalakan pada frekuensi tinggi 2.45 GHz melalui pengionan hentaman, dan tapak pengionan hentakan terpisah daripada wafer.

Di kawasan pelepasan gas, pelbagai zarah, termasuk radikal bebas, hadir akibat kesannya. Radikal bebas ialah atom atau molekul neutral dengan elektron tak tepu dan oleh itu sangat reaktif. Sebagai gas neutral, tetrafluorometana (CF4) dimasukkan ke dalam kawasan pelepasan gas dan berpisah kepada molekul CF2 dan fluorin (F2). Begitu juga, fluorin boleh diasingkan daripada CF4 dengan menambahkan oksigen (O2):

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

Molekul fluorin boleh dibahagikan kepada dua atom fluorin yang berasingan oleh tenaga di kawasan pelepasan gas: setiap atom fluorin ialah radikal bebas fluorin, kerana setiap atom mempunyai tujuh elektron valens dan bertujuan untuk mencapai konfigurasi gas lengai. Sebagai tambahan kepada radikal bebas neutral, terdapat beberapa zarah bercas separa (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Semua zarah, radikal bebas, dsb., kemudian masuk ke ruang etsa melalui tiub seramik. Zarah bercas boleh disekat dari ruang etsa dengan parut pengekstrakan atau bergabung semula semasa pembentukan molekul neutral. Radikal fluorin juga sebahagiannya bergabung semula, tetapi cukup untuk mencapai ruang etsa, bertindak balas pada permukaan wafer, dan menyebabkan lelasan kimia. Zarah neutral lain bukan sebahagian daripada proses etsa dan habis bersama dengan produk tindak balas.

Contoh filem nipis yang boleh terukir dalam etsa plasma: • Silikon: Si + 4F ---> SiF4 • Silikon dioksida: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Silikon nitrida: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Goresan ion reaktif (RIE) semua ciri-ciri, keterpilihan, pengelasan kadar yang sangat seragam boleh diulangi tepat dalam etsa ion reaktif. Profil etsa isotropik serta profil anisotropik adalah mungkin. Oleh itu, RIE ialah proses goresan fizikal kimia dan merupakan proses terpenting dalam pembuatan semikonduktor untuk membina pelbagai jenis filem nipis. Dalam ruang proses, wafer diletakkan pada elektrod frekuensi tinggi (elektrod HF). Plasma dihasilkan melalui pengionan hentaman, di mana elektron bebas dan ion bercas positif muncul. Jika elektrod HF berada pada voltan positif, elektron bebas terkumpul di atasnya dan tidak boleh meninggalkan elektrod semula kerana pertalian elektronnya. Oleh itu, elektrod dicas kepada -1000 V (voltan bias). Ion perlahan yang tidak dapat mengikuti medan berselang seli pantas bergerak ke arah elektrod bercas negatif.

Jika laluan bebas purata ion-ion adalah tinggi, zarah-zarah mengebom permukaan wafer pada sudut hampir serenjang. Oleh itu, bahan itu dikeluarkan dari permukaan oleh ion dipercepatkan (pengerasan fizikal), dan beberapa zarah juga bertindak balas secara kimia dengan permukaan. Dinding sisi sisi tidak terjejas, jadi tiada kehausan dan profil goresan kekal anisotropik. Selektif tidak terlalu kecil, tetapi ia tidak terlalu besar kerana proses goresan fizikal. Tambahan pula, permukaan wafer rosak oleh ion dipercepatkan dan mesti disembuhkan dengan penyepuhlindapan haba. Bahagian kimia proses goresan dicapai melalui tindak balas radikal bebas dengan permukaan dan bahan yang digiling secara fizikal, jadi ia tidak disimpan semula ke dinding wafer atau ruang seperti dalam goresan rasuk ion. Dengan meningkatkan tekanan dalam ruang etsa, laluan bebas purata zarah berkurangan. Oleh itu, terdapat lebih banyak perlanggaran, dan zarah bergerak ke arah yang berbeza. Ini mengakibatkan kurang goresan arah, dan proses etsa memperoleh lebih banyak sifat kimia. Peningkatan selektiviti menghasilkan profil etsa yang lebih isotropik. Profil goresan anisotropik dicapai melalui pempasifan dinding sisi semasa etsa silikon. Oksigen dalam ruang etsa bertindak balas dengan silikon giling untuk membentuk silikon dioksida, yang dimendapkan pada dinding sisi menegak. Filem oksida pada kawasan mendatar dikeluarkan kerana pengeboman ion, membolehkan proses goresan sisi diteruskan.

Kadar goresan bergantung pada tekanan, kuasa penjana frekuensi tinggi, gas proses, kadar aliran gas sebenar dan suhu wafer. Anisotropi meningkat dengan peningkatan kuasa frekuensi tinggi, penurunan tekanan, dan penurunan suhu. Keseragaman proses etsa bergantung pada gas, jarak antara dua elektrod, dan bahan elektrod. Jika jarak terlalu kecil, plasma tidak boleh tersebar secara seragam, mengakibatkan ketidakhomogenan. Meningkatkan jarak elektrod mengurangkan kadar goresan kerana plasma diedarkan pada volum yang diperluas. Untuk elektrod, karbon telah terbukti sebagai bahan pilihan. Oleh kerana fluorin dan klorin juga menyerang karbon, elektrod menghasilkan plasma tegang seragam, oleh itu tepi wafer dipengaruhi dengan cara yang sama seperti pusat wafer.

Selektiviti dan kadar goresan sangat bergantung pada gas proses. Untuk sebatian silikon dan silikon, fluorin dan klorin digunakan terutamanya.

Proses etsa tidak terhad kepada satu gas, campuran gas atau parameter proses tetap. Sebagai contoh, oksida asli pada polysilicon boleh dikeluarkan terlebih dahulu pada kadar goresan yang tinggi dan dengan selektiviti yang rendah, diikuti oleh etsa polislikon dengan selektiviti yang lebih tinggi berbanding dengan lapisan asas.

Semicorex menawarkan pelbagaikomponen SiCdalam proses etsa. Jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Hubungi # telefon +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com