El procés de gravat en sec normalment consta de quatre estats bàsics: abans del gravat, gravat parcial, només gravat i sobregravat. Les característiques principals són la velocitat de gravat, la selectivitat, la dimensió crítica, la uniformitat i la detecció del punt final.
Figura 1 Abans del gravat
Figura 2 Gravat parcial
Figura 3 Només gravat
Figura 4 Sobregravat
(1) Taxa de gravat: la profunditat o el gruix del material gravat eliminat per unitat de temps.
Figura 5 Diagrama de velocitat de gravat
(2) Selectivitat: la proporció de taxes de gravat de diferents materials de gravat.
Figura 6 Diagrama de selectivitat
(3) Dimensió crítica: la mida del patró en una àrea específica després de completar l'aiguafort.
Figura 7 Diagrama de dimensions crítiques
(4) Uniformitat: per mesurar la uniformitat de la dimensió crítica de gravat (CD), caracteritzada generalment pel mapa complet de CD, la fórmula és: U=(Max-Min)/2*AVG.
Figura 8 Diagrama esquemàtic d'uniformitat
(5) Detecció del punt final: durant el procés de gravat, es detecta constantment el canvi d'intensitat de la llum. Quan una certa intensitat de llum augmenta o baixa significativament, el gravat s'acaba per marcar la finalització d'una determinada capa de gravat pel·lícula.
Figura 9 Diagrama esquemàtic del punt final
En el gravat en sec, el gas és excitat per alta freqüència (principalment 13,56 MHz o 2,45 GHz). A una pressió d'1 a 100 Pa, el seu recorregut lliure mitjà és de diversos mil·límetres a diversos centímetres. Hi ha tres tipus principals de gravat en sec:
•Gravat físic en sec: les partícules accelerades desgasten físicament la superfície de l'hòstia
•Gravat químic en sec: el gas reacciona químicament amb la superfície de l'hòstia
•Gravat en sec químic físic: procés de gravat físic amb característiques químiques
1. Gravat de feix d'ions
El gravat de feix d'ions (Ion Beam Etching) és un procés físic de processament en sec que utilitza un feix d'ions d'argó d'alta energia amb una energia d'entre 1 i 3 keV per irradiar la superfície del material. L'energia del feix d'ions fa que impacti i elimini el material superficial. El procés de gravat és anisòtrop en el cas de feixos iònics incidents verticals o oblics. Tanmateix, a causa de la seva manca de selectivitat, no hi ha una distinció clara entre materials a diferents nivells. Els gasos generats i els materials gravats són esgotats per la bomba de buit, però com que els productes de reacció no són gasos, les partícules es dipositen a les parets de l'hòstia o de la cambra.
Per evitar la formació de partícules, es pot introduir un segon gas a la cambra. Aquest gas reaccionarà amb els ions d'argó i provocarà un procés de gravat físic i químic. Una part del gas reaccionarà amb el material superficial, però també reaccionarà amb les partícules polides per formar subproductes gasosos. Amb aquest mètode es poden gravar gairebé tot tipus de materials. A causa de la radiació vertical, el desgast a les parets verticals és molt petit (anisotropia elevada). No obstant això, a causa de la seva baixa selectivitat i la seva velocitat de gravat lenta, aquest procés rarament s'utilitza en la fabricació actual de semiconductors.
2. Gravat per plasma
El gravat per plasma és un procés de gravat químic absolut, també conegut com a gravat en sec químic. El seu avantatge és que no causa danys d'ions a la superfície de l'hòstia. Com que les espècies actives del gas de gravat es poden moure lliurement i el procés de gravat és isòtrop, aquest mètode és adequat per eliminar tota la capa de pel·lícula (per exemple, netejar la part posterior després de l'oxidació tèrmica).
Un reactor aigües avall és un tipus de reactor que s'utilitza habitualment per al gravat amb plasma. En aquest reactor, el plasma es genera per ionització per impacte en un camp elèctric d'alta freqüència de 2,45 GHz i separat de l'hòstia.
A la zona de descàrrega de gas, es generen diverses partícules a causa de l'impacte i l'excitació, inclosos els radicals lliures. Els radicals lliures són àtoms o molècules neutres amb electrons insaturats, de manera que són altament reactius. En el procés de gravat amb plasma s'utilitzen sovint alguns gasos neutres, com el tetrafluorometà (CF4), que s'introdueixen a la zona de descàrrega de gasos per generar espècies actives per ionització o descomposició.
Per exemple, en el gas CF4, s'introdueix a la zona de descàrrega de gas i es descompone en radicals de fluor (F) i molècules de difluorur de carboni (CF2). De la mateixa manera, el fluor (F) es pot descompondre de CF4 afegint oxigen (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
La molècula de fluor es pot dividir en dos àtoms de fluor independents sota l'energia de la regió de descàrrega de gas, cadascun dels quals és un radical lliure de fluor. Com que cada àtom de fluor té set electrons de valència i tendeix a aconseguir la configuració electrònica d'un gas inert, tots són molt reactius. A més dels radicals lliures de fluor neutres, hi haurà partícules carregades com CF+4, CF+3, CF+2, etc. a la regió de descàrrega de gas. Posteriorment, totes aquestes partícules i radicals lliures s'introdueixen a la cambra de gravat a través del tub ceràmic.
Les partícules carregades es poden bloquejar mitjançant reixes d'extracció o recombinar-se en el procés de formació de molècules neutres per controlar el seu comportament a la cambra de gravat. Els radicals lliures de fluor també experimentaran una recombinació parcial, però encara són prou actius com per entrar a la cambra de gravat, reaccionar químicament a la superfície de l'hòstia i provocar l'eliminació del material. Altres partícules neutres no participen en el procés de gravat i es consumeixen juntament amb els productes de reacció.
Exemples de pel·lícules primes que es poden gravar en gravat amb plasma:
• Silici: Si + 4F—> SiF4
• Diòxid de silici: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Nitrur de silici: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Gravat d'ions reactius (RIE)
El gravat d'ions reactius és un procés de gravat físic-químic que pot controlar amb molta precisió la selectivitat, el perfil de gravat, la velocitat de gravat, la uniformitat i la repetibilitat. Pot aconseguir perfils de gravat isotròpics i anisotròpics i, per tant, és un dels processos més importants per construir diverses pel·lícules primes en la fabricació de semiconductors.
Durant la RIE, l'hòstia es col·loca sobre un elèctrode d'alta freqüència (elèctrode HF). Mitjançant la ionització per impacte, es genera un plasma en el qual existeixen electrons lliures i ions carregats positivament. Si s'aplica una tensió positiva a l'elèctrode HF, els electrons lliures s'acumulen a la superfície de l'elèctrode i no poden sortir de l'elèctrode de nou a causa de la seva afinitat electrònica. Per tant, els elèctrodes es carreguen a -1000 V (tensió de polarització) de manera que els ions lents no poden seguir el camp elèctric que canvia ràpidament a l'elèctrode carregat negativament.
Durant el gravat d'ions (RIE), si el camí lliure mitjà dels ions és alt, xoquen amb la superfície de l'hòstia en una direcció gairebé perpendicular. D'aquesta manera, els ions accelerats noquegen el material i formen una reacció química mitjançant el gravat físic. Com que les parets laterals no es veuen afectades, el perfil de gravat segueix sent anisòtrop i el desgast superficial és petit. Tanmateix, la selectivitat no és molt alta perquè també es produeix el procés de gravat físic. A més, l'acceleració dels ions provoca danys a la superfície de l'hòstia, la qual cosa requereix un recuit tèrmic per reparar-la.
La part química del procés de gravat es completa amb els radicals lliures que reaccionen amb la superfície i els ions impacten físicament amb el material perquè no es torni a dipositar a l'hòstia o a les parets de la cambra, evitant el fenomen de redeposició com el gravat amb feix d'ions. En augmentar la pressió del gas a la cambra de gravat, es redueix el camí lliure mitjà dels ions, la qual cosa augmenta el nombre de col·lisions entre els ions i les molècules de gas, i els ions es dispersen en direccions més diferents. Això resulta en un gravat menys direccional, fent que el procés de gravat sigui més químic.
Els perfils de gravat anisotròpic s'aconsegueixen passivant les parets laterals durant el gravat de silici. L'oxigen s'introdueix a la cambra de gravat, on reacciona amb el silici gravat per formar diòxid de silici, que es diposita a les parets laterals verticals. A causa del bombardeig iònic, s'elimina la capa d'òxid de les zones horitzontals, permetent que el procés de gravat lateral continuï. Aquest mètode pot controlar la forma del perfil de gravat i la inclinació de les parets laterals.
La taxa de gravat es veu afectada per factors com la pressió, la potència del generador d'HF, el gas de procés, el cabal de gas real i la temperatura de l'hòstia, i el seu rang de variació es manté per sota del 15%. L'anisotropia augmenta amb l'augment de la potència d'HF, la disminució de la pressió i la disminució de la temperatura. La uniformitat del procés de gravat està determinada pel gas, l'espaiat dels elèctrodes i el material de l'elèctrode. Si la distància de l'elèctrode és massa petita, el plasma no es pot dispersar uniformement, donant lloc a una falta d'uniformitat. Augmentar la distància de l'elèctrode redueix la velocitat de gravat perquè el plasma es distribueix en un volum més gran. El carboni és el material d'elèctrode preferit perquè produeix un plasma tensat uniforme de manera que la vora de l'hòstia es veu afectada de la mateixa manera que el centre de l'hòstia.
El gas de procés té un paper important en la selectivitat i la velocitat de gravat. Per als compostos de silici i silici, el fluor i el clor s'utilitzen principalment per aconseguir el gravat. La selecció del gas adequat, l'ajust del flux i la pressió del gas i el control d'altres paràmetres com la temperatura i la potència en el procés poden aconseguir la taxa de gravat, la selectivitat i la uniformitat desitjades. L'optimització d'aquests paràmetres s'acostuma a ajustar per a diferents aplicacions i materials.
El procés de gravat no es limita a un gas, mescla de gas o paràmetres de procés fixos. Per exemple, l'òxid natiu del polisilici es pot eliminar primer amb una alta taxa de gravat i una baixa selectivitat, mentre que el polisilici es pot gravar més tard amb una selectivitat més alta respecte a les capes subjacents.
———————————————————————————————————————————————————— ————————————
Semicera pot proporcionarpeces de grafit, feltre suau/rígid, peces de carbur de silici,Peces de carbur de silici CVD, iPeces recobertes de SiC/TaC amb en 30 dies.
Si esteu interessats en els productes semiconductors anteriors,si us plau, no dubteu a posar-vos en contacte amb nosaltres per primera vegada.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Hora de publicació: 12-set-2024