Technologie procesu leptání polovodičů

Leptání nebo leptání je zásadním krokem ve výrobě polovodičů, výrobě mikroelektronických integrovaných obvodů a mikro/nano výrobních procesech. Je to primární proces vzorování spojený s fotolitografií. V užším smyslu je leptání v podstatě fotolitografické leptání, kde se fotorezist nejprve exponuje pomocí fotolitografie a poté se k odleptání nežádoucího materiálu použijí jiné metody. Leptání je proces selektivního odstraňování nežádoucího materiálu z povrchu křemíkového plátku pomocí chemických nebo fyzikálních metod. Jeho základním cílem je přesně replikovat vzor masky na potaženém křemíkovém plátku. S rozvojem procesů mikrovýroby se leptání široce stalo obecným pojmem pro stahování a odstraňování materiálu pomocí roztoků, reaktivních iontů nebo jiných mechanických metod, což se stalo běžným pojmem v mikrovýrobě.

Leptání lze obecně rozdělit do dvou typů: mokré leptání a suché leptání. Při suchém leptání je plyn buzen na vysokých frekvencích (primárně 13,56 MHz nebo 2,45 GHz). Při tlacích 1 až 100 Pa se jeho střední volná dráha pohybuje od několika milimetrů do několika centimetrů. Existují tři hlavní typy suchého leptání:

• Fyzické suché leptání: Urychluje fyzické opotřebení částic na povrchu destičky;

• Chemické suché leptání: Plyn chemicky reaguje s povrchem plátku;

• Chemicko-fyzikální suché leptání: Proces fyzikálního leptání s chemickými vlastnostmi;

1. Leptání iontovým paprskem

Leptání iontovým paprskem je fyzikální proces suchého leptání. Argonové ionty jsou vyzařovány na povrch v iontovém paprsku přibližně 1 až 3 keV. Díky energii iontů bombardují povrchový materiál. Destička je vložena svisle nebo pod úhlem do iontového paprsku a proces leptání je absolutně anizotropní. Selektivita je nízká, protože nerozlišuje mezi vrstvami. Plyn a leštěný materiál jsou vytlačovány vývěvou; avšak protože reakční produkty nejsou plynné, částice se mohou usazovat na plátku nebo stěnách komory.

Aby se zabránilo těmto částicím, je do komory zaveden druhý plyn. Tento plyn reaguje s argonovými ionty a vyvolává fyzikálně-chemický proces leptání. Část plynu reaguje s povrchem, ale část reaguje s leštěnými částicemi za vzniku plynných vedlejších produktů. Pomocí této metody lze leptat téměř všechny materiály. Vlivem vertikálního záření je opotřebení svislých stěn velmi nízké (vysoká anizotropie). Vzhledem k nízké selektivitě a nízké rychlosti leptání se však tento proces v moderní výrobě polovodičů používá jen zřídka.

2. Plazmové leptání

Plazmové leptání je absolutně chemický proces leptání (chemické suché leptání). Jeho výhodou je, že povrch waferu není poškozen urychlenými ionty. Díky pohyblivým částicím leptacího plynu je leptací profil izotropní, díky čemuž je tento způsob vhodný pro odstraňování celých vrstev filmu (např. čištění zadní strany po tepelné oxidaci).

Jeden typ reaktoru používaný pro plazmové leptání je následný reaktor. Plazma se zapálí při vysoké frekvenci 2,45 GHz prostřednictvím nárazové ionizace a místo nárazové ionizace se oddělí od plátku.

V oblasti výboje plynu jsou v důsledku dopadu přítomny různé částice, včetně volných radikálů. Volné radikály jsou neutrální atomy nebo molekuly s nenasycenými elektrony, a proto jsou vysoce reaktivní. Jako neutrální plyn se tetrafluormethan (CF4) zavádí do oblasti výboje plynu a rozdělí se na molekuly CF2 a fluoru (F2). Podobně lze fluor oddělit od CF4 přidáním kyslíku (O2):

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

Molekula fluoru může být rozdělena na dva samostatné atomy fluoru energií v oblasti výboje plynu: každý atom fluoru je volný radikál fluoru, protože každý atom má sedm valenčních elektronů a jeho cílem je dosáhnout konfigurace inertního plynu. Kromě neutrálních volných radikálů existuje několik částečně nabitých částic (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Všechny částice, volné radikály atd. se pak dostávají do leptací komory keramickou trubicí. Nabité částice mohou být blokovány z leptací komory extrakční mřížkou nebo rekombinovány během jejich tvorby neutrálních molekul. Fluorové radikály se také částečně rekombinují, ale dost na to, aby se dostaly do leptací komory, reagovaly na povrchu destičky a způsobily chemickou abrazi. Ostatní neutrální částice nejsou součástí procesu leptání a jsou ochuzeny spolu s reakčními produkty.

Příklady tenkých vrstev, které lze leptat plazmovým leptáním: • Křemík: Si + 4F ---> SiF4 • Oxid křemičitý: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Nitrid křemíku: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Charakteristiky reaktivního leptání, selektivita iontového leptání, leptání, stejnoměrné leptání a opakovatelnost může být při reaktivním iontovém leptání velmi přesně řízena. Jsou možné profily izotropního leptání i profily anizotropní. Proto je RIE proces chemického fyzikálního leptání a je nejdůležitějším procesem ve výrobě polovodičů pro konstrukci široké škály tenkých vrstev. V procesní komoře je plátek umístěn na vysokofrekvenční elektrodě (HF elektroda). Plazma vzniká nárazovou ionizací, při které se objevují volné elektrony a kladně nabité ionty. Pokud je VF elektroda na kladném napětí, hromadí se na ní volné elektrony a nemohou elektrodu opět opustit kvůli své elektronové afinitě. Proto se elektroda nabije na -1000 V (předpětí). Pomalé ionty, které nemohou sledovat rychle se střídající pole, se pohybují směrem k záporně nabité elektrodě.

Pokud je střední volná dráha iontů vysoká, částice bombardují povrch destičky v téměř kolmých úhlech. Materiál je tedy vymrštěn z povrchu urychlenými ionty (fyzikální leptání) a některé částice s povrchem také chemicky reagují. Boční boční stěny nejsou ovlivněny, takže nedochází k opotřebení a profil leptání zůstává anizotropní. Selektivita není příliš malá, ale není příliš velká kvůli procesu fyzikálního leptání. Kromě toho je povrch plátku poškozen urychlenými ionty a musí být vytvrzen tepelným žíháním. Chemická část procesu leptání se provádí reakcí volných radikálů s povrchem a materiálem, který je fyzikálně frézován, takže nedochází k opětovnému ukládání na plátek nebo stěny komory jako při leptání iontovým paprskem. Zvýšením tlaku v leptací komoře se střední volná dráha částic zmenšuje. Proto dochází k většímu počtu srážek a částice se pohybují různými směry. To má za následek méně směrové leptání a proces leptání získává více chemických vlastností. Zvýšená selektivita vede k izotropnějšímu profilu leptání. Anizotropních leptacích profilů je dosaženo pasivací bočních stěn při leptání křemíkem. Kyslík v leptací komoře reaguje s rozemletým křemíkem za vzniku oxidu křemičitého, který se ukládá na svislých bočních stěnách. Oxidový film na horizontálních oblastech je odstraněn v důsledku bombardování ionty, což umožňuje pokračování procesu laterálního leptání.

Rychlost leptání závisí na tlaku, výkonu vysokofrekvenčního generátoru, procesním plynu, skutečném průtoku plynu a teplotě plátku. Anizotropie se zvyšuje s rostoucím vysokofrekvenčním výkonem, klesajícím tlakem a klesající teplotou. Rovnoměrnost procesu leptání závisí na plynu, vzdálenosti mezi dvěma elektrodami a materiálu elektrody. Pokud je vzdálenost příliš malá, plazma nemůže být rovnoměrně rozptýlena, což má za následek nehomogenitu. Zvětšení vzdálenosti elektrod snižuje rychlost leptání, protože plazma je distribuována v expandovaném objemu. U elektrod se ukázalo, že uhlík je preferovaným materiálem. Protože fluor a chlor také napadají uhlík, elektrody produkují stejnoměrně napnuté plazma, takže okraje plátku jsou ovlivněny stejným způsobem jako střed plátku.

Selektivita a rychlost leptání silně závisí na procesním plynu. Pro křemík a sloučeniny křemíku se primárně používá fluor a chlor.

Procesy leptání nejsou omezeny na jeden plyn, směs plynů nebo pevné parametry procesu. Například nativní oxidy na polykřemíku mohou být nejprve odstraněny vysokou rychlostí leptání a s nízkou selektivitou, po čemž následuje leptání polysilikonu s vyšší selektivitou vzhledem k podkladovým vrstvám.

Semicorex nabízí různéSiC komponentyv procesu leptání. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com