فناوری فرآیند اچینگ نیمه هادی

اچینگ یا اچینگ گامی حیاتی در تولید نیمه هادی، تولید آی سی میکروالکترونیک و فرآیندهای تولید میکرو/نانو است. این یک فرآیند الگوبرداری اولیه است که با فوتولیتوگرافی مرتبط است. در یک مفهوم محدود، اچ در اصل حکاکی فتولیتوگرافی است، جایی که فتورزیست ابتدا با استفاده از فوتولیتوگرافی در معرض دید قرار می گیرد و سپس از روش های دیگر برای حکاکی مواد ناخواسته استفاده می شود. اچینگ فرآیند حذف انتخابی مواد ناخواسته از سطح ویفر سیلیکونی با استفاده از روش های شیمیایی یا فیزیکی است. هدف اصلی آن تکرار دقیق الگوی ماسک روی ویفر سیلیکونی پوشش داده شده است. با توسعه فرآیندهای میکروساخت، اچینگ به طور گسترده به یک اصطلاح عمومی برای جدا کردن و حذف مواد با استفاده از محلول‌ها، یون‌های واکنشی یا سایر روش‌های مکانیکی تبدیل شده است و به یک اصطلاح رایج در میکروساخت تبدیل شده است.

اچینگ را می توان به طور کلی به دو نوع دسته بندی کرد: اچ مرطوب و اچ خشک. در حکاکی خشک، گاز در فرکانس های بالا (عمدتاً 13.56 مگاهرتز یا 2.45 گیگاهرتز) تحریک می شود. در فشارهای 1 تا 100 Pa، میانگین مسیر آزاد آن از چند میلی‌متر تا چند سانتی‌متر متغیر است. سه نوع اصلی اچینگ خشک وجود دارد:

• اچ فیزیکی خشک: سایش فیزیکی ذرات روی سطح ویفر را تسریع می کند.

• حکاکی خشک شیمیایی: گاز با سطح ویفر واکنش شیمیایی می دهد.

• اچ شیمیایی-فیزیکی خشک: یک فرآیند اچ فیزیکی با خواص شیمیایی.

1. حکاکی پرتو یونی

حکاکی با پرتو یونی یک فرآیند اچ فیزیکی خشک است. یون های آرگون در یک پرتو یونی تقریباً 1 تا 3 کو بر روی سطح تابش می کنند. به دلیل انرژی یون ها، مواد سطحی را بمباران می کنند. ویفر به صورت عمودی یا با زاویه به پرتو یون وارد می شود و فرآیند اچ کردن کاملاً ناهمسانگرد است. انتخاب پذیری پایین است زیرا بین لایه ها تفاوت قائل نمی شود. گاز و مواد جلا داده شده توسط یک پمپ خلاء خارج می شوند. با این حال، از آنجا که محصولات واکنش گازی نیستند، ذرات می توانند بر روی ویفر یا دیواره های محفظه رسوب کنند.

برای جلوگیری از این ذرات، گاز دوم وارد محفظه می شود. این گاز با یون‌های آرگون واکنش می‌دهد و فرآیند اچ کردن فیزیکی و شیمیایی را القا می‌کند. برخی از گازها با سطح واکنش می دهند، اما برخی با ذرات صیقلی واکنش داده و محصولات فرعی گازی را تشکیل می دهند. تقریباً تمام مواد را می توان با استفاده از این روش اچ کرد. به دلیل تابش عمودی، سایش دیواره های عمودی بسیار کم است (ناهمسانگردی بالا). با این حال، به دلیل انتخاب کم و نرخ اچ پایین، این فرآیند به ندرت در ساخت نیمه هادی های مدرن استفاده می شود.

2. پلاسما اچینگ

اچ پلاسما یک فرآیند اچ کردن کاملا شیمیایی (اچ شیمیایی خشک) است. مزیت آن این است که سطح ویفر توسط یون های شتاب زده آسیب نمی بیند. با توجه به ذرات متحرک گاز اچ، پروفیل اچینگ همسانگرد است و این روش را برای از بین بردن کل لایه های فیلم (به عنوان مثال، تمیز کردن پشت پس از اکسیداسیون حرارتی) مناسب می کند.

یکی از انواع راکتورهایی که برای اچ پلاسما استفاده می شود، راکتور پایین دستی است. پلاسما در فرکانس بالای 2.45 گیگاهرتز از طریق یونیزاسیون ضربه مشتعل می شود و محل یونیزاسیون ضربه از ویفر جدا می شود.

در ناحیه تخلیه گاز ذرات مختلفی از جمله رادیکال های آزاد در اثر ضربه وجود دارد. رادیکال‌های آزاد اتم‌ها یا مولکول‌های خنثی با الکترون‌های غیراشباع هستند و بنابراین بسیار واکنش‌پذیر هستند. به عنوان یک گاز خنثی، تترافلورومتان (CF4) به ناحیه تخلیه گاز وارد می شود و به مولکول های CF2 و فلوئور (F2) جدا می شود. به طور مشابه، فلوئور را می توان با افزودن اکسیژن (O2) از CF4 جدا کرد:

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

مولکول فلوئور را می توان با انرژی موجود در ناحیه تخلیه گاز به دو اتم فلوئور جداگانه تقسیم کرد: هر اتم فلوئور یک رادیکال آزاد فلوئور است، زیرا هر اتم دارای هفت الکترون ظرفیت است و هدف آن دستیابی به یک پیکربندی گاز بی اثر است. علاوه بر رادیکال های آزاد خنثی، چندین ذره نیمه باردار نیز وجود دارد (CF+4، CF+3، CF+2، ...). تمام ذرات، رادیکال های آزاد و غیره، سپس از طریق یک لوله سرامیکی وارد محفظه اچ می شوند. ذرات باردار را می توان با یک توری استخراج از محفظه اچ مسدود کرد یا در طول تشکیل مولکول های خنثی، دوباره ترکیب کرد. رادیکال های فلوئور نیز تا حدی دوباره ترکیب می شوند، اما به اندازه کافی برای رسیدن به محفظه اچ، روی سطح ویفر واکنش می دهند و باعث ساییدگی شیمیایی می شوند. سایر ذرات خنثی بخشی از فرآیند اچ نیستند و همراه با محصولات واکنش تخلیه می شوند.

نمونه هایی از لایه های نازکی که می توانند در حکاکی پلاسما اچ شوند: • سیلیکون: Si + 4F ---> SiF4 • دی اکسید سیلیکون: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • نیترید سیلیکون: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2Etching ویژگی ها: 2N2Etching retching. مشخصات، سرعت اچینگ، یکنواختی و تکرارپذیری را می توان با دقت بسیار زیادی در حکاکی یونی راکتیو کنترل کرد. پروفیل های اچینگ ایزوتروپیک و همچنین پروفیل های ناهمسانگرد امکان پذیر است. بنابراین، RIE یک فرآیند حکاکی فیزیکی شیمیایی است و مهمترین فرآیند در ساخت نیمه هادی برای ساخت طیف گسترده ای از لایه های نازک است. در محفظه فرآیند، ویفر روی یک الکترود با فرکانس بالا (الکترود HF) قرار می گیرد. پلاسما با یونیزاسیون ضربه ای تولید می شود که در آن الکترون های آزاد و یون های دارای بار مثبت ظاهر می شوند. اگر الکترود HF در ولتاژ مثبت باشد، الکترون‌های آزاد روی آن جمع می‌شوند و به دلیل میل الکترونی نمی‌توانند دوباره الکترود را ترک کنند. بنابراین، الکترود تا 1000- ولت (ولتاژ بایاس) شارژ می شود. یون های کندی که نمی توانند میدان متناوب سریع را دنبال کنند به سمت الکترود با بار منفی حرکت می کنند.

اگر میانگین مسیر آزاد یون ها زیاد باشد، ذرات سطح ویفر را در زوایای تقریبا عمودی بمباران می کنند. بنابراین، مواد توسط یون های شتاب گرفته (اچ فیزیکی) از سطح خارج می شوند و برخی از ذرات نیز با سطح واکنش شیمیایی می دهند. دیواره های جانبی تحت تأثیر قرار نمی گیرند، بنابراین هیچ سایش وجود ندارد و پروفیل اچ ناهمسانگرد باقی می ماند. گزینش پذیری خیلی کوچک نیست، اما به دلیل فرآیند اچ کردن فیزیکی، خیلی زیاد نیست. علاوه بر این، سطح ویفر توسط یون‌های تسریع‌شده آسیب می‌بیند و باید با آنیل حرارتی درمان شود. بخش شیمیایی فرآیند اچ از طریق واکنش رادیکال‌های آزاد با سطح و مواد در حال آسیاب فیزیکی انجام می‌شود، بنابراین مانند حکاکی با پرتو یونی روی دیواره‌های ویفر یا محفظه رسوب نمی‌کند. با افزایش فشار در محفظه اچینگ، میانگین مسیر آزاد ذرات کاهش می یابد. بنابراین، برخوردهای بیشتری وجود دارد و ذرات در جهات مختلف حرکت می کنند. این منجر به اچ جهت کمتر می شود و فرآیند اچ کردن خواص شیمیایی بیشتری به دست می آورد. افزایش گزینش پذیری منجر به نمایه اچ ایزوتروپیک تر می شود. پروفیل های اچ ناهمسانگرد از طریق غیرفعال سازی دیواره های جانبی در حین اچ سیلیکونی به دست می آیند. اکسیژن در محفظه اچ با سیلیکون آسیاب شده واکنش داده و دی اکسید سیلیکون را تشکیل می دهد که روی دیواره های عمودی رسوب می کند. فیلم اکسید روی نواحی افقی به دلیل بمباران یونی برداشته می‌شود و به ادامه فرآیند اچ جانبی اجازه می‌دهد.

نرخ اچ به فشار، توان ژنراتور فرکانس بالا، گاز فرآیند، سرعت جریان واقعی گاز و دمای ویفر بستگی دارد. ناهمسانگردی با افزایش توان فرکانس بالا، کاهش فشار و کاهش دما افزایش می یابد. یکنواختی فرآیند اچ کردن به گاز، فاصله بین دو الکترود و مواد الکترود بستگی دارد. اگر فاصله خیلی کم باشد، پلاسما نمی تواند به طور یکنواخت پراکنده شود و در نتیجه ناهمگنی ایجاد می شود. افزایش فاصله الکترود باعث کاهش سرعت اچ می شود زیرا پلاسما در یک حجم منبسط شده توزیع می شود. برای الکترودها، کربن ماده ترجیحی ثابت شده است. از آنجایی که فلوئور و کلر نیز به کربن حمله می کنند، الکترودها پلاسمای صاف و یکنواختی تولید می کنند، بنابراین لبه های ویفر به همان روشی که مرکز ویفر تحت تاثیر قرار می گیرند.

گزینش پذیری و سرعت اچ به شدت به گاز فرآیند بستگی دارد. برای ترکیبات سیلیکون و سیلیکون، فلوئور و کلر در درجه اول استفاده می شود.

فرآیندهای اچ کردن به یک گاز، مخلوط گاز یا پارامترهای فرآیند ثابت محدود نمی شود. به عنوان مثال، اکسیدهای بومی روی پلی سیلیکون را می توان ابتدا با سرعت اچ بالا و با گزینش پذیری کم حذف کرد و سپس پلی سیلیکون را با گزینش پذیری بالاتر نسبت به لایه های زیرین اچ کرد.

Semicorex انواع مختلفی را ارائه می دهداجزای SiCدر فرآیند اچینگ اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com