Félvezető maratási eljárási technológia

A maratás vagy a maratás döntő lépés a félvezetőgyártásban, a mikroelektronikai IC-gyártásban és a mikro-/nanogyártási folyamatokban. Ez a fotolitográfiához kapcsolódó elsődleges mintázási folyamat. Szűkebb értelemben a maratás lényegében fotolitográfiai maratás, ahol először fotolitográfiával exponálják a fotorezisztet, majd más módszerekkel marják le a nem kívánt anyagot. A maratás az a folyamat, amelynek során kémiai vagy fizikai módszerekkel szelektíven eltávolítják a nem kívánt anyagokat a szilíciumlapka felületéről. Alapvető célja a bevonatos szilícium ostya maszkmintájának pontos megismétlése. A mikrogyártási eljárások fejlődésével a maratás általános kifejezéssé vált az anyagok oldatokkal, reaktív ionokkal vagy más mechanikai módszerekkel történő leválasztására és eltávolítására, és általános kifejezéssé vált a mikrogyártásban.

A maratás nagyjából két típusra osztható: nedves maratásra és száraz maratásra. Száraz marásnál a gázt magas frekvencián (elsősorban 13,56 MHz vagy 2,45 GHz) gerjesztik. 1-100 Pa nyomás alatt átlagos szabad útja néhány millimétertől néhány centiméterig terjed. A száraz maratásnak három fő típusa van:

• Fizikai száraz maratás: Felgyorsítja a részecskék fizikai kopását az ostya felületén;

• Kémiai száraz maratás: A gáz kémiai reakcióba lép az ostya felületével;

• Kémiai-fizikai szárazmaratás: kémiai tulajdonságokkal rendelkező fizikai maratási eljárás;

1. Ionsugaras maratás

Az ionsugaras maratás fizikai száraz maratási eljárás. Az argonionok körülbelül 1-3 keV-os ionsugárral sugároznak a felületre. Az ionok energiája miatt bombázzák a felszíni anyagot. Az ostyát függőlegesen vagy szögben helyezik be az ionsugárba, és a maratási folyamat abszolút anizotróp. A szelektivitás alacsony, mert nem tesz különbséget a rétegek között. A gázt és a polírozott anyagot vákuumszivattyú üríti ki; mivel azonban a reakciótermékek nem gázhalmazállapotúak, részecskék lerakódhatnak az ostya vagy a kamra falán.

Ezen részecskék elkerülése érdekében egy második gázt vezetünk be a kamrába. Ez a gáz argonionokkal reagál, és fizikai-kémiai maratási folyamatot indukál. A gáz egy része reakcióba lép a felülettel, de egy része reakcióba lép a polírozott részecskékkel, és gáznemű melléktermékeket képez. Ezzel a módszerrel szinte minden anyag maratható. A függőleges sugárzás miatt a függőleges falak kopása nagyon alacsony (nagy anizotrópia). Az alacsony szelektivitás és az alacsony maratási sebesség miatt azonban ezt az eljárást ritkán alkalmazzák a modern félvezetőgyártásban.

2. Plazmamaratás

A plazmamarás abszolút kémiai maratási eljárás (kémiai szárazmarás). Előnye, hogy az ostya felületét nem károsítják a gyorsított ionok. A maratógáz mozgatható részecskéi miatt a maratási profil izotróp, így ez a módszer alkalmas teljes filmrétegek eltávolítására (pl. hátoldal tisztítása termikus oxidáció után).

A plazmamaratáshoz használt reaktorok egyik típusa a downstream reaktor. A plazma nagy, 2,45 GHz-es frekvencián ütési ionizációval meggyullad, és az ütési ionizációs hely elválik az ostyától.

A gázkisülési tartományban az ütközés következtében különféle részecskék, köztük szabad gyökök vannak jelen. A szabad gyökök semleges atomok vagy molekulák telítetlen elektronokkal, ezért nagyon reaktívak. Semleges gázként a tetrafluor-metánt (CF4) vezetik be a gázkisülési tartományba, és CF2-re és fluormolekulákra (F2) válnak szét. Hasonlóképpen, a fluor a CF4-től oxigén (O2) hozzáadásával választható el:

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

A fluormolekula a gázkisülési tartomány energiájával két különálló fluoratomra hasítható: mindegyik fluoratom egy fluor szabad gyök, mivel mindegyik atomnak hét vegyértékelektronja van, és inert gáz konfigurációt kíván elérni. A semleges szabad gyökök mellett számos részlegesen töltött részecske is található (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Minden részecske, szabad gyökök stb. kerámia csövön keresztül bejutnak a maratókamrába. A töltött részecskék kivonhatóak a maratókamrából egy extrakciós ráccsal, vagy rekombinálhatók semleges molekulák képződése során. A fluor gyökök is részben rekombinálódnak, de elég ahhoz, hogy elérjék a maratókamrát, reagáljanak az ostya felületén, és vegyi kopást okoznak. Más semleges részecskék nem részei a maratási folyamatnak, és a reakciótermékekkel együtt kimerülnek.

Példák a plazmamaratással maratható vékony filmekre: • Szilícium: Si + 4F ---> SiF4 • Szilícium-dioxid: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Szilícium-nitrid: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Reaktív ionkarakterisztika, maratás, kiválasztás, maratási sebesség, maratás és az ismételhetőség mind nagyon pontosan szabályozható a reaktív ionos maratással. Izotróp maratási profilok és anizotróp profilok is lehetségesek. Ezért a RIE egy kémiai fizikai maratási eljárás, és a félvezetőgyártás legfontosabb folyamata a legkülönfélébb vékonyfilmek készítésére. A folyamatkamrában az ostyát egy nagyfrekvenciás elektródára (HF elektródára) helyezik. A plazma ütési ionizációval jön létre, amelyben szabad elektronok és pozitív töltésű ionok jelennek meg. Ha a HF elektróda pozitív feszültségen van, akkor szabad elektronok halmozódnak fel rajta, és elektronaffinitásuk miatt nem tudják újra elhagyni az elektródát. Ezért az elektródát -1000 V-ra töltik (előfeszítő feszültség). Azok a lassú ionok, amelyek nem tudják követni a gyorsan váltakozó mezőt, a negatív töltésű elektróda felé mozognak.

Ha az ionok átlagos szabad útja nagy, a részecskék közel merőleges szögben bombázzák az ostya felületét. Így az anyag felgyorsított ionok hatására kilökődik a felületről (fizikai maratás), és egyes részecskék kémiai reakcióba is lépnek a felülettel. Az oldalsó oldalfalak nem érintik, így nincs kopás, és a maratási profil anizotrop marad. A szelektivitás nem túl kicsi, de a fizikai maratási folyamat miatt nem is túl nagy. Ezenkívül az ostya felületét a felgyorsult ionok károsítják, és hőkezeléssel kell kikeményíteni. A maratási folyamat kémiai része a szabad gyökök reakciója révén valósul meg a felülettel és a fizikailag őrölt anyaggal, így az nem rakódik vissza az ostya vagy a kamra falára, mint az ionsugaras maratásnál. A maratókamra nyomásának növelésével a részecskék átlagos szabad útja csökken. Ezért több az ütközés, és a részecskék különböző irányokba haladnak. Ez kevésbé irányított maratást eredményez, és a maratási folyamat több kémiai tulajdonságra tesz szert. A megnövekedett szelektivitás izotrópabb marási profilt eredményez. Az anizotróp maratási profilokat az oldalfalak passziválásával érik el a szilícium maratása során. A maratókamrában lévő oxigén reakcióba lép az őrölt szilíciummal, szilícium-dioxidot képezve, amely a függőleges oldalfalakon rakódik le. A vízszintes területeken lévő oxidfilm az ionbombázás miatt eltávolítódik, lehetővé téve az oldalsó maratási folyamat folytatását.

A maratási sebesség a nyomástól, a nagyfrekvenciás generátor teljesítményétől, a folyamatgáztól, a tényleges gázáramlási sebességtől és a lapka hőmérsékletétől függ. Az anizotrópia növekszik a nagyfrekvenciás teljesítmény növelésével, a nyomás csökkenésével és a hőmérséklet csökkenésével. A maratási folyamat egyenletessége a gáztól, a két elektróda távolságától és az elektróda anyagától függ. Ha a távolság túl kicsi, a plazma nem oszlik el egyenletesen, ami inhomogenitást eredményez. Az elektródák távolságának növelése csökkenti a maratási sebességet, mivel a plazma egy kiterjesztett térfogaton oszlik el. Az elektródák esetében a szén bizonyult az előnyben részesített anyagnak. Mivel a fluor és a klór is megtámadja a szenet, az elektródák egyenletes feszült plazmát állítanak elő, így az ostya élei ugyanúgy érintettek, mint az ostya középpontja.

A szelektivitás és a maratási sebesség nagymértékben függ a technológiai gáztól. A szilíciumhoz és a szilíciumvegyületekhez elsősorban a fluort és a klórt használják.

A maratási folyamatok nem korlátozódnak egyetlen gázra, gázkeverékre vagy rögzített folyamatparaméterekre. Például a poliszilícium natív oxidjait először nagy maratási sebességgel és alacsony szelektivitással lehet eltávolítani, majd ezt követően a poliszilíciumot az alatta lévő rétegekhez képest nagyobb szelektivitással lehet maratni.

A Semicorex különféle ajánlatokat kínálSiC alkatrészeka maratási folyamatban. Ha kérdése van, vagy további részletekre van szüksége, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk.

Telefonszám: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com