Процесс сухого травления обычно состоит из четырех основных этапов: перед травлением, частичное травление, просто травление и надтравление. Основными характеристиками являются скорость травления, селективность, критический размер, однородность и обнаружение конечной точки.
Рисунок 1. Перед травлением
Рисунок 2. Частичное травление
Рисунок 3. Просто травление
Рисунок 4. Травление
(1) Скорость травления: глубина или толщина протравленного материала, удаляемого за единицу времени.
Рисунок 5. Диаграмма скорости травления.
(2) Селективность: соотношение скоростей травления различных травильных материалов.
Рисунок 6. Диаграмма селективности
(3) Критический размер: размер рисунка в определенной области после завершения травления.
Рисунок 7. Диаграмма критических размеров.
(4) Однородность: для измерения однородности критического размера травления (CD), обычно характеризуемого полной картой CD, используется формула: U=(Max-Min)/2*AVG.
Рисунок 8. Принципиальная схема однородности.
(5) Обнаружение конечной точки: во время процесса травления постоянно обнаруживается изменение интенсивности света. Когда определенная интенсивность света значительно возрастает или падает, травление прекращается, чтобы отметить завершение травления определенного слоя пленки.
Рисунок 9. Схематическая диаграмма конечной точки.
При сухом травлении газ возбуждается высокой частотой (в основном 13,56 МГц или 2,45 ГГц). При давлении от 1 до 100 Па его длина свободного пробега составляет от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Существует три основных типа сухого травления:
•Физическое сухое травление: ускоренные частицы физически изнашивают поверхность пластины
•Химическое сухое травление: газ вступает в химическую реакцию с поверхностью пластины.
•Химико-физическое сухое травление: физический процесс травления с химическими характеристиками.
1. Ионно-лучевое травление
Ионно-лучевое травление (ионно-лучевое травление) — это процесс физической сухой обработки, в котором для облучения поверхности материала используется луч высокоэнергетических ионов аргона с энергией от 1 до 3 кэВ. Энергия ионного луча заставляет его воздействовать на поверхностный материал и удалять его. Процесс травления анизотропен в случае вертикальных или наклонных падающих ионных пучков. Однако из-за отсутствия селективности нет четкого различия между материалами на разных уровнях. Образующиеся газы и травленые материалы отсасываются вакуумным насосом, но, поскольку продукты реакции не являются газами, частицы осаждаются на пластинах или стенках камеры.
Чтобы предотвратить образование частиц, в камеру можно ввести второй газ. Этот газ вступит в реакцию с ионами аргона и вызовет физический и химический процесс травления. Часть газа вступит в реакцию с материалом поверхности, но также и с полированными частицами, образуя газообразные побочные продукты. Этим методом можно травить практически все виды материалов. Из-за вертикального излучения износ вертикальных стенок очень мал (высокая анизотропия). Однако из-за низкой селективности и низкой скорости травления этот процесс редко используется в современном производстве полупроводников.
2. Плазменное травление.
Плазменное травление — это процесс абсолютного химического травления, также известный как химическое сухое травление. Его преимуществом является то, что он не вызывает ионного повреждения поверхности пластины. Поскольку активные вещества в травильном газе свободно перемещаются, а процесс травления изотропен, этот метод подходит для удаления всего слоя пленки (например, очистки обратной стороны после термического оксидирования).
Последующий реактор — это тип реактора, обычно используемый для плазменного травления. В этом реакторе плазма генерируется ударной ионизацией в высокочастотном электрическом поле частотой 2,45 ГГц и отделяется от пластины.
В зоне газоразряда в результате удара и возбуждения образуются различные частицы, в том числе свободные радикалы. Свободные радикалы — это нейтральные атомы или молекулы с ненасыщенными электронами, поэтому они очень реакционноспособны. В процессе плазменного травления часто используются некоторые нейтральные газы, такие как тетрафторметан (CF4), которые вводятся в зону газового разряда для генерации активных частиц путем ионизации или разложения.
Например, в газе CF4 он попадает в зону газового разряда и разлагается на радикалы фтора (F) и молекулы дифторида углерода (CF2). Аналогичным образом фтор (F) можно разложить из CF4 добавлением кислорода (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Молекула фтора может расщепляться на два независимых атома фтора под действием энергии области газового разряда, каждый из которых представляет собой свободный радикал фтора. Поскольку каждый атом фтора имеет семь валентных электронов и стремится достичь электронной конфигурации инертного газа, все они очень реакционноспособны. Помимо нейтральных свободных радикалов фтора в области газового разряда будут присутствовать заряженные частицы типа CF+4, CF+3, CF+2 и т.д. Впоследствии все эти частицы и свободные радикалы вводятся в камеру травления через керамическую трубку.
Заряженные частицы можно блокировать экстракционными решетками или рекомбинировать в процессе образования нейтральных молекул, чтобы контролировать их поведение в камере травления. Свободные радикалы фтора также подвергаются частичной рекомбинации, но все еще достаточно активны, чтобы проникнуть в камеру травления, вступить в химическую реакцию на поверхности пластины и вызвать снятие материала. Остальные нейтральные частицы не участвуют в процессе травления и расходуются вместе с продуктами реакции.
Примеры тонких пленок, которые можно травить методом плазменного травления:
• Кремний: Si + 4F—> SiF4.
• Диоксид кремния: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2.
• Нитрид кремния: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2.
3. Реактивное ионное травление (РИЭ).
Реактивное ионное травление — это химико-физический процесс травления, который позволяет очень точно контролировать селективность, профиль травления, скорость травления, однородность и повторяемость. С его помощью можно добиться изотропных и анизотропных профилей травления, и поэтому это один из наиболее важных процессов создания различных тонких пленок в производстве полупроводников.
Во время РИЭ пластина помещается на высокочастотный электрод (ВЧ-электрод). В результате ударной ионизации создается плазма, в которой существуют свободные электроны и положительно заряженные ионы. Если к ВЧ-электроду приложить положительное напряжение, свободные электроны накапливаются на поверхности электрода и не могут снова покинуть электрод из-за своего сродства к электрону. Поэтому электроды заряжаются до -1000 В (напряжение смещения), так что медленные ионы не могут следовать за быстро меняющимся электрическим полем к отрицательно заряженному электроду.
При ионном травлении (RIE), если длина свободного пробега ионов велика, они попадают на поверхность пластины почти перпендикулярно. Таким образом, ускоренные ионы выбивают материал и образуют химическую реакцию путем физического травления. Поскольку боковые боковые стенки не затрагиваются, профиль травления остается анизотропным, а износ поверхности небольшим. Однако селективность не очень высока, поскольку происходит также процесс физического травления. Кроме того, ускорение ионов вызывает повреждение поверхности пластины, для восстановления которой требуется термический отжиг.
Химическая часть процесса травления завершается взаимодействием свободных радикалов с поверхностью и ионами, физически поражающими материал, так что он не переосаждается на пластине или стенках камеры, избегая явления переосаждения, такого как ионно-лучевое травление. При увеличении давления газа в камере травления длина свободного пробега ионов уменьшается, что увеличивает число столкновений между ионами и молекулами газа, и ионы рассеиваются в более разных направлениях. Это приводит к менее направленному травлению, что делает процесс травления более химическим.
Анизотропные профили травления достигаются за счет пассивации боковых стенок во время травления кремния. Кислород подается в камеру травления, где он вступает в реакцию с протравленным кремнием с образованием диоксида кремния, который осаждается на вертикальных боковых стенках. За счет ионной бомбардировки оксидный слой на горизонтальных участках удаляется, что позволяет продолжить процесс бокового травления. Этот метод позволяет контролировать форму профиля травления и крутизну боковых стенок.
На скорость травления влияют такие факторы, как давление, мощность ВЧ-генератора, технологический газ, фактический расход газа и температура пластины, а диапазон ее изменения поддерживается ниже 15%. Анизотропия увеличивается с увеличением мощности ВЧ, уменьшением давления и понижением температуры. Равномерность процесса травления определяется газом, расстоянием между электродами и материалом электрода. Если расстояние между электродами слишком мало, плазма не может быть равномерно распределена, что приводит к неравномерности. Увеличение расстояния между электродами снижает скорость травления, поскольку плазма распределяется в большем объеме. Углерод является предпочтительным материалом электрода, поскольку он создает равномерную напряженную плазму, так что на край пластины воздействует так же, как и на центр пластины.
Технологический газ играет важную роль в селективности и скорости травления. Для кремния и соединений кремния для травления в основном используются фтор и хлор. Выбор подходящего газа, регулировка расхода и давления газа, а также контроль других параметров процесса, таких как температура и мощность, позволяют достичь желаемой скорости травления, селективности и однородности. Оптимизация этих параметров обычно корректируется для различных применений и материалов.
Процесс травления не ограничивается одним газом, газовой смесью или фиксированными параметрами процесса. Например, естественный оксид поликремния можно удалить первым с высокой скоростью травления и низкой селективностью, тогда как поликремний можно травить позже с более высокой селективностью по сравнению с нижележащими слоями.
————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera может предоставитьграфитовые детали, мягкий/жесткий фетр, детали из карбида кремния,Детали из карбида кремния CVD,иДетали с покрытием SiC/TaC с через 30 дней.
Если вы заинтересованы в вышеуказанных полупроводниковых продуктах,пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам в первый раз.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Время публикации: 12 сентября 2024 г.