A száraz maratási folyamat általában négy alapállapotból áll: maratás előtt, részleges maratás, csak maratás és felülmaratás. A fő jellemzők a maratási sebesség, a szelektivitás, a kritikus méret, az egyenletesség és a végpont-érzékelés.
1. ábra Maratás előtt
2. ábra Részleges maratás
3. ábra Csak rézkarc
4. ábra Túlmarás
(1) Maratási sebesség: az egységnyi idő alatt eltávolított maratott anyag mélysége vagy vastagsága.
5. ábra Maratási sebesség diagram
(2) Szelektivitás: a különböző maratási anyagok maratási sebességének aránya.
6. ábra Szelektivitási diagram
(3) Kritikus méret: a minta mérete egy adott területen a maratás befejezése után.
7. ábra Kritikus méretdiagram
(4) Egységesség: a kritikus maratási méret (CD) egységességének mérésére, amelyet általában a CD teljes térképe jellemez, a képlet a következő: U=(Max-Min)/2*AVG.
8. ábra Egyenletességi sematikus diagram
(5) Végpont érzékelés: A maratási folyamat során a fényintenzitás változását folyamatosan érzékeli. Ha egy bizonyos fényintenzitás jelentősen megemelkedik vagy csökken, a maratást leállítják, jelezve, hogy egy bizonyos réteg maratott filmben elkészült.
9. ábra Végpont sematikus diagram
Száraz marásnál a gázt nagy frekvenciával (főleg 13,56 MHz vagy 2,45 GHz) gerjesztik. 1-100 Pa nyomáson az átlagos szabad útja néhány millimétertől több centiméterig terjed. A száraz maratásnak három fő típusa van:
•Fizikai száraz maratás: a felgyorsult részecskék fizikailag koptatják az ostya felületét
•Vegyi száraz maratás: a gáz kémiai reakcióba lép az ostya felületével
•Kémiai fizikai száraz maratás: fizikai maratási eljárás kémiai jellemzőkkel
1. Ionsugaras maratás
Az ionsugaras maratás (Ion Beam Etching) egy fizikai száraz feldolgozási eljárás, amely nagyenergiájú, körülbelül 1-3 keV energiájú argonion sugarat használ az anyag felületének besugárzására. Az ionsugár energiája ráütközik és eltávolítja a felületi anyagot. Függőleges vagy ferde beeső ionnyalábok esetén a maratási folyamat anizotróp. A szelektivitás hiánya miatt azonban nincs egyértelmű különbség a különböző szinteken lévő anyagok között. A keletkező gázokat és a maratott anyagokat a vákuumszivattyú elszívja, de mivel a reakciótermékek nem gázok, részecskék rakódnak le az ostya vagy a kamra falán.
A részecskék képződésének megakadályozása érdekében egy második gázt lehet bevezetni a kamrába. Ez a gáz reakcióba lép az argonionokkal, és fizikai és kémiai maratási folyamatot idéz elő. A gáz egy része reakcióba lép a felületi anyaggal, de reakcióba lép a polírozott részecskékkel is, és gáznemű melléktermékeket képez. Ezzel a módszerrel szinte mindenféle anyag maratható. A függőleges sugárzás miatt a függőleges falak kopása nagyon kicsi (nagy anizotrópia). Alacsony szelektivitása és lassú maratási sebessége miatt azonban ezt az eljárást ritkán használják a jelenlegi félvezetőgyártásban.
2. Plazmamarás
A plazmamaratás abszolút kémiai maratási eljárás, más néven kémiai szárazmaratás. Előnye, hogy nem okoz ionkárosodást az ostya felületén. Mivel a maratógázban lévő aktív anyagok szabadon mozognak és a maratási folyamat izotróp, ez a módszer alkalmas a teljes filmréteg eltávolítására (például a hátoldal tisztítására termikus oxidáció után).
A downstream reaktor a plazmamaratáshoz általánosan használt reaktortípus. Ebben a reaktorban a plazmát ütési ionizációval állítják elő nagyfrekvenciás, 2,45 GHz-es elektromos térben, és elválasztják az ostyától.
A gázkisülési területen az ütés és a gerjesztés következtében különféle részecskék keletkeznek, beleértve a szabad gyököket is. A szabad gyökök semleges atomok vagy molekulák telítetlen elektronokkal, ezért erősen reaktívak. A plazmamaratási eljárás során gyakran használnak semleges gázokat, például tetrafluor-metánt (CF4), amelyeket a gázkisülési zónába vezetnek, hogy ionizációval vagy bomlással aktív anyagokat hozzon létre.
Például a CF4 gázban a gázkisülési zónába kerül, és fluor gyökökre (F) és szén-difluorid molekulákra (CF2) bomlik. Hasonlóképpen a fluor (F) lebontható a CF4-ből oxigén (O2) hozzáadásával.
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
A fluormolekula a gázkisülési régió energiája alatt két független fluoratomra hasadhat, amelyek mindegyike fluor szabad gyök. Mivel minden fluoratom hét vegyértékelektronnal rendelkezik, és hajlamos egy inert gáz elektronkonfigurációjára, mindegyik nagyon reaktív. A semleges fluor szabad gyökök mellett olyan töltött részecskék is lesznek a gázkisülési tartományban, mint a CF+4, CF+3, CF+2 stb. Ezt követően mindezen részecskék és szabad gyökök a kerámia csövön keresztül bekerülnek a maratókamrába.
A töltött részecskék blokkolhatók extrakciós rácsokkal, vagy rekombinálhatók semleges molekulák képzése során, hogy szabályozzák viselkedésüket a maratókamrában. A fluor szabad gyökök szintén részleges rekombináción mennek keresztül, de még mindig elég aktívak ahhoz, hogy bejussanak a maratókamrába, kémiai reakcióba lépnek az ostya felületén, és anyagleválasztást okoznak. Más semleges részecskék nem vesznek részt a maratási folyamatban, és a reakciótermékekkel együtt elfogynak.
Példák plazmamaratással maratható vékony filmekre:
• Szilícium: Si + 4F—> SiF4
• Szilícium-dioxid: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Szilícium-nitrid: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Reaktív ionos maratás (RIE)
A reaktív ionos maratás egy kémiai-fizikai maratási eljárás, amely nagyon pontosan tudja szabályozni a szelektivitást, a maratási profilt, a maratási sebességet, az egyenletességet és az ismételhetőséget. Izotróp és anizotróp maratási profilokat tud elérni, ezért a félvezetőgyártásban az egyik legfontosabb folyamat a különböző vékonyrétegek felépítésében.
A RIE során az ostyát egy nagyfrekvenciás elektródára (HF elektródára) helyezik. Az ütési ionizáció révén plazma keletkezik, amelyben szabad elektronok és pozitív töltésű ionok vannak. Ha a nagyfrekvenciás elektródára pozitív feszültséget kapcsolunk, a szabad elektronok felhalmozódnak az elektróda felületén, és elektronaffinitásuk miatt nem tudják újra elhagyni az elektródát. Ezért az elektródák -1000 V-ra (előfeszített feszültség) vannak töltve, így a lassú ionok nem tudják követni a gyorsan változó elektromos teret a negatív töltésű elektródához.
Az ionmaratás (RIE) során, ha az ionok átlagos szabad útja nagy, akkor szinte merőlegesen ütköznek az ostya felületére. Ily módon a felgyorsult ionok kiütik az anyagot, és fizikai maratással kémiai reakciót alakítanak ki. Mivel az oldalsó oldalfalakat nem érinti, a maratási profil anizotrop marad, és a felületi kopás kicsi. A szelektivitás azonban nem túl magas, mert a fizikai maratási folyamat is előfordul. Ezenkívül az ionok felgyorsulása károsítja az ostya felületét, aminek javítása termikus izzítást igényel.
A maratási folyamat kémiai részét a felülettel reakcióba lépő szabad gyökök és az ionok fizikailag megütő anyaga teszi teljessé, így az nem rakódik vissza az ostyára vagy a kamra falára, elkerülve az ionsugaras maratáshoz hasonló újralerakódási jelenséget. A maratókamrában a gáznyomás növelésekor az ionok átlagos szabad útja csökken, ami növeli az ionok és a gázmolekulák közötti ütközések számát, és az ionok több irányba szóródnak szét. Ez kevésbé irányított maratást eredményez, így a maratási folyamat vegyszeresebbé válik.
Az anizotróp maratási profilokat az oldalfalak passziválásával érik el a szilícium maratása során. Az oxigént a maratókamrába vezetik, ahol reakcióba lép a maratott szilíciummal, szilícium-dioxidot képezve, amely a függőleges oldalfalakon rakódik le. Az ionbombázás miatt a vízszintes területekről eltávolítják az oxidréteget, lehetővé téve az oldalsó maratási folyamat folytatását. Ezzel a módszerrel szabályozható a maratási profil alakja és az oldalfalak meredeksége.
A maratási sebességet olyan tényezők befolyásolják, mint a nyomás, a HF generátor teljesítménye, a folyamatgáz, a tényleges gázáramlási sebesség és a lapka hőmérséklete, és a változási tartomány 15% alatt marad. Az anizotrópia a HF teljesítmény növekedésével, a nyomás csökkenésével és a hőmérséklet csökkenésével nő. A maratási folyamat egyenletességét a gáz, az elektródák távolsága és az elektródák anyaga határozza meg. Ha az elektródák távolsága túl kicsi, a plazma nem oszlik el egyenletesen, ami egyenetlenséget eredményez. Az elektródák távolságának növelése csökkenti a maratási sebességet, mivel a plazma nagyobb térfogatban oszlik el. A szén az előnyben részesített elektródaanyag, mert egyenletes feszített plazmát állít elő, így az ostya szélére ugyanúgy hat, mint az ostya közepére.
A technológiai gáz fontos szerepet játszik a szelektivitásban és a maratási sebességben. A szilícium és a szilíciumvegyületek esetében elsősorban a fluort és a klórt használják a maratáshoz. A megfelelő gáz kiválasztásával, a gázáram és nyomás beállításával, valamint egyéb paraméterek, például hőmérséklet és teljesítmény szabályozásával a folyamatban elérhető a kívánt marási sebesség, szelektivitás és egyenletesség. Ezeknek a paramétereknek az optimalizálása általában a különböző alkalmazásokhoz és anyagokhoz igazodik.
A maratási folyamat nem korlátozódik egyetlen gázra, gázkeverékre vagy rögzített folyamatparaméterekre. Például a poliszilícium natív oxidja először nagy maratási sebességgel és alacsony szelektivitással távolítható el, míg a poliszilícium később az alatta lévő rétegekhez képest nagyobb szelektivitással maratható.
—————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera tud nyújtanigrafit alkatrészek, puha/merev filc, szilícium-karbid alkatrészek,CVD szilícium-karbid alkatrészek,ésSiC/TaC bevonatú alkatrészek 30 napon belül.
Ha érdeklik a fenti félvezető termékek,kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk első alkalommal.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Feladás időpontja: 2024.09.12