Tehnologia procesului de gravare a semiconductorilor

Gravarea, sau gravarea, este un pas crucial în fabricarea semiconductoarelor, producția de circuite integrate microelectronice și procesele de producție micro/nano. Este un proces primar de modelare asociat cu fotolitografie. Într-un sens restrâns, gravarea este, în esență, gravarea fotolitografică, unde fotorezistul este expus mai întâi folosind fotolitografie și apoi sunt utilizate alte metode pentru a grava materialul nedorit. Gravarea este procesul de îndepărtare selectivă a materialului nedorit de pe suprafața unei plachete de siliciu folosind metode chimice sau fizice. Scopul său de bază este de a reproduce cu acuratețe modelul măștii pe placa de siliciu acoperită. Odată cu dezvoltarea proceselor de microfabricare, gravarea a devenit în general un termen general pentru decaparea și îndepărtarea materialului folosind soluții, ioni reactivi sau alte metode mecanice, devenind un termen comun în microfabricare.

Gravarea poate fi clasificată în două tipuri: gravarea umedă și gravarea uscată. În gravarea uscată, gazul este excitat la frecvențe înalte (în primul rând 13,56 MHz sau 2,45 GHz). Sub presiuni de 1 până la 100 Pa, calea liberă medie variază de la câțiva milimetri la câțiva centimetri. Există trei tipuri principale de gravare uscată:

• Gravare fizică uscată: Accelerează uzura fizică a particulelor de pe suprafața plachetei;

• Gravare chimică uscată: Gazul reacţionează chimic cu suprafaţa plachetei;

• Gravurare chimică-fizică uscată: Un proces de gravare fizică cu proprietăți chimice;

1. Gravarea cu fascicul ionic

Gravarea cu fascicul de ioni este un proces fizic de gravare uscată. Ionii de argon sunt radiați pe suprafață într-un fascicul de ioni de aproximativ 1 până la 3 keV. Datorită energiei ionilor, ei bombardează materialul de suprafață. Placa este introdusă vertical sau unghiular în fasciculul de ioni, iar procesul de gravare este absolut anizotrop. Selectivitatea este scăzută deoarece nu face diferența între straturi. Gazul și materialul lustruit sunt expulzați de o pompă de vid; totuși, deoarece produșii de reacție nu sunt gazoși, particulele se pot depune pe placă sau pereții camerei.

Pentru a evita aceste particule, un al doilea gaz este introdus în cameră. Acest gaz reacţionează cu ionii de argon, inducând un proces de gravare fizico-chimică. O parte din gaz reacţionează cu suprafaţa, dar unele reacţionează cu particulele lustruite pentru a forma produse secundare gazoase. Aproape toate materialele pot fi gravate folosind această metodă. Datorită radiațiilor verticale, uzura pereților verticali este foarte scăzută (anizotropie mare). Cu toate acestea, datorită selectivității scăzute și ratei scăzute de gravare, acest proces este rar utilizat în fabricarea modernă a semiconductoarelor.

2. Gravarea cu plasmă

Gravarea cu plasmă este un proces de gravare absolut chimică (gravarea chimică uscată). Avantajul său este că suprafața plachetei nu este deteriorată de ionii accelerați. Datorită particulelor mobile ale gazului de gravare, profilul de gravare este izotrop, ceea ce face ca această metodă să fie adecvată pentru îndepărtarea straturilor întregi de film (de exemplu, curățarea spatelui după oxidare termică).

Un tip de reactor utilizat pentru gravarea cu plasmă este un reactor în aval. Plasma este aprinsă la o frecvență înaltă de 2,45 GHz prin ionizare prin impact, iar locul de ionizare prin impact se separă de plachetă.

În regiunea de descărcare a gazelor, sunt prezente diferite particule, inclusiv radicali liberi, din cauza impactului. Radicalii liberi sunt atomi neutri sau molecule cu electroni nesaturați și, prin urmare, sunt foarte reactivi. Ca gaz neutru, tetrafluormetanul (CF4) este introdus în regiunea de descărcare a gazului și se separă în CF2 și molecule de fluor (F2). În mod similar, fluorul poate fi separat de CF4 prin adăugarea de oxigen (O2):

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

Molecula de fluor poate fi împărțită în doi atomi de fluor separați prin energia din regiunea de descărcare a gazului: fiecare atom de fluor este un radical liber de fluor, deoarece fiecare atom are șapte electroni de valență și își propune să obțină o configurație de gaz inert. Pe lângă radicalii liberi neutri, există mai multe particule parțial încărcate (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Toate particulele, radicalii liberi etc., apoi intră în camera de gravare printr-un tub ceramic. Particulele încărcate pot fi blocate din camera de gravare printr-un grătar de extracție sau se pot recombina în timpul formării lor de molecule neutre. Radicalii de fluor, de asemenea, se recombină parțial, dar suficient pentru a ajunge în camera de gravare, reacționează pe suprafața plachetei și provoacă abraziune chimică. Alte particule neutre nu fac parte din procesul de gravare și sunt epuizate împreună cu produșii de reacție.

Exemple de filme subțiri care pot fi gravate în gravarea cu plasmă: • Siliciu: Si + 4F ---> SiF4 • Dioxid de siliciu: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Nitrură de siliciu: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Gravare reactivă, gravitate ionică, selectivitate, viteză de gravitate, uniformitate, gravitate caracteristică (gravare) iar repetabilitatea poate fi controlată foarte precis în gravarea cu ioni reactivi. Sunt posibile profile de gravare izotropă, precum și cele anizotrope. Prin urmare, RIE este un proces de gravare fizică chimică și este cel mai important proces în fabricarea semiconductoarelor pentru construirea unei game largi de pelicule subțiri. În camera de proces, placheta este plasată pe un electrod de înaltă frecvență (electrod HF). Plasma este generată prin ionizare prin impact, în care apar electroni liberi și ioni încărcați pozitiv. Dacă electrodul HF este la o tensiune pozitivă, electronii liberi se acumulează pe el și nu pot părăsi electrodul din nou datorită afinității lor electronice. Prin urmare, electrodul este încărcat la -1000 V (tensiune de polarizare). Ionii lenți care nu pot urma câmpul alternant rapid se deplasează către electrodul încărcat negativ.

Dacă calea liberă medie a ionilor este mare, particulele bombardează suprafața plachetei la unghiuri aproape perpendiculare. Astfel, materialul este ejectat de pe suprafață de către ionii accelerați (gravare fizică), iar unele particule reacţionează, de asemenea, chimic cu suprafaţa. Pereții laterali sunt neafectați, astfel încât nu există uzură și profilul de gravare rămâne anizotrop. Selectivitatea nu este prea mică, dar nu este prea mare datorită procesului de gravare fizică. În plus, suprafața plachetei este deteriorată de ionii accelerați și trebuie întărită prin recoacere termică. Partea chimică a procesului de gravare este realizată prin reacția radicalilor liberi cu suprafața și materialul care este măcinat fizic, astfel încât să nu se redepună pe placă sau pe pereții camerei ca în gravarea cu fascicul de ioni. Prin creșterea presiunii în camera de gravare, calea liberă medie a particulelor scade. Prin urmare, există mai multe ciocniri, iar particulele se deplasează în direcții diferite. Acest lucru are ca rezultat o gravare mai puțin direcțională, iar procesul de gravare capătă mai multe proprietăți chimice. Selectivitatea crescută are ca rezultat un profil de gravare mai izotrop. Profilele de gravare anizotropă sunt realizate prin pasivarea pereților laterali în timpul gravării cu siliciu. Oxigenul din camera de gravare reacţionează cu siliciul măcinat pentru a forma dioxid de siliciu, care se depune pe pereţii laterali verticali. Filmul de oxid de pe regiunile orizontale este îndepărtat din cauza bombardamentului ionic, permițând continuarea procesului de gravare laterală.

Rata de gravare depinde de presiune, puterea generatorului de înaltă frecvență, gazul de proces, debitul real de gaz și temperatura plachetei. Anizotropia crește odată cu creșterea puterii de înaltă frecvență, scăderea presiunii și scăderea temperaturii. Uniformitatea procesului de gravare depinde de gaz, de distanța dintre cei doi electrozi și de materialul electrodului. Dacă distanța este prea mică, plasma nu poate fi dispersată uniform, rezultând neomogenitate. Creșterea distanței electrodului reduce rata de gravare deoarece plasma este distribuită pe un volum extins. Pentru electrozi, carbonul s-a dovedit a fi materialul preferat. Deoarece fluorul și clorul atacă și carbonul, electrozii produc o plasmă tensionată uniformă, astfel încât marginile plachetei sunt afectate în același mod ca și centrul plachetei.

Selectivitatea și rata de gravare depind în mare măsură de gazul de proces. Pentru compușii de siliciu și siliciu, fluorul și clorul sunt utilizați în primul rând.

Procesele de gravare nu se limitează la un singur gaz, amestec de gaze sau parametrii de proces fiși. De exemplu, oxizii nativi de pe polisiliciu pot fi îndepărtați mai întâi cu o rată de gravare ridicată și cu selectivitate scăzută, urmată de gravarea polisiliciului cu o selectivitate mai mare în raport cu straturile subiacente.

Semicorex oferă diverseComponente SiCîn proces de gravare. Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.

Numărul de telefon de contact +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com