Технология процесса травления полупроводников

Травление или травление является важным этапом в производстве полупроводников, производстве интегральных схем микроэлектроники и процессах производства микро/нано. Это основной процесс формирования рисунка, связанный с фотолитографией. В узком смысле травление — это, по сути, фотолитографическое травление, при котором фоторезист сначала экспонируется с помощью фотолитографии, а затем используются другие методы для удаления нежелательного материала. Травление — это процесс выборочного удаления нежелательного материала с поверхности кремниевой пластины химическими или физическими методами. Его основная цель — точно воспроизвести рисунок маски на кремниевой пластине с покрытием. С развитием процессов микропроизводства травление широко стало общим термином для снятия и удаления материала с использованием растворов, реактивных ионов или других механических методов, став общим термином в микропроизводстве.

Травление можно разделить на два типа: мокрое травление и сухое травление. При сухом травлении газ возбуждается на высоких частотах (в первую очередь 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: ускоряет физический износ частиц на поверхности пластины;

• Химическое сухое травление: газ вступает в химическую реакцию с поверхностью пластины;

• Химико-физическое сухое травление: процесс физического травления с химическими свойствами;

1. Ионно-лучевое травление

Ионно-лучевое травление — это физический процесс сухого травления. Ионы аргона излучаются на поверхность пучком ионов с энергией примерно от 1 до 3 кэВ. За счет энергии ионов они бомбардируют поверхность материала. Пластина вводится вертикально или под углом в ионный луч, и процесс травления абсолютно анизотропен. Селективность низкая, поскольку она не различает слои. Газ и полированный материал вытесняются вакуумным насосом; однако, поскольку продукты реакции не являются газообразными, частицы могут осаждаться на стенках пластины или камеры.

Чтобы избежать этих частиц, в камеру вводят второй газ. Этот газ реагирует с ионами аргона, вызывая физико-химический процесс травления. Часть газа вступает в реакцию с поверхностью, а часть — с полированными частицами, образуя газообразные побочные продукты. Этим методом можно травить практически все материалы. 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 абсолютно химический процесс травления (химическое сухое травление). Его преимущество в том, что поверхность пластины не повреждается ускоренными ионами. Благодаря подвижным частицам травильного газа профиль травления изотропен, что делает этот метод пригодным для удаления целых слоев пленки (например, очистка обратной стороны после термического окисления).

Одним из типов реакторов, используемых для плазменного травления, является реактор, расположенный ниже по потоку. Плазма воспламеняется на высокой частоте 2,45 ГГц посредством ударной ионизации, и участок ударной ионизации отделяется от пластины.

В области газового разряда в результате воздействия присутствуют различные частицы, в том числе свободные радикалы. Свободные радикалы представляют собой нейтральные атомы или молекулы с ненасыщенными электронами и поэтому обладают высокой реакционной способностью. В качестве нейтрального газа в область газового разряда вводится тетрафторметан (CF4), который разделяется на молекулы CF2 и фтора (F2). Аналогично фтор можно отделить от CF4 добавлением кислорода (O2):

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

Молекула фтора может быть разделена на два отдельных атома фтора за счет энергии в области газового разряда: каждый атом фтора представляет собой свободный радикал фтора, поскольку каждый атом имеет семь валентных электронов и стремится достичь конфигурации инертного газа. Помимо нейтральных свободных радикалов, существует несколько частично заряженных частиц (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Все частицы, свободные радикалы и т. д. затем попадают в камеру травления через керамическую трубку. Заряженные частицы могут блокироваться из камеры травления экстракционной решеткой или рекомбинировать при образовании из них нейтральных молекул. Радикалы фтора также частично рекомбинируют, но в достаточном количестве, чтобы достичь камеры травления, вступить в реакцию на поверхности пластины и вызвать химическое истирание. Остальные нейтральные частицы не участвуют в процессе травления и обедняются вместе с продуктами реакции.

Примеры тонких пленок, которые можно травить при плазменном травлении: • Кремний: Si + 4F ---> SiF4 • Диоксид кремния: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Нитрид кремния: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Характеристики реактивного ионного травления (RIE): Селективность, профиль травления, скорость травления, однородность, и повторяемость можно очень точно контролировать при реактивном ионном травлении. Возможны как изотропные, так и анизотропные профили травления. Таким образом, RIE представляет собой процесс химико-физического травления и является наиболее важным процессом в производстве полупроводников для создания широкого спектра тонких пленок. В технологической камере пластина помещается на высокочастотный электрод (ВЧ-электрод). Плазма генерируется путем ударной ионизации, при которой появляются свободные электроны и положительно заряженные ионы. Если ВЧ-электрод находится под положительным напряжением, свободные электроны накапливаются на нем и не могут снова покинуть электрод из-за своего сродства к электрону. Поэтому электрод заряжается до -1000 В (напряжение смещения). Медленные ионы, которые не могут следовать за быстропеременным полем, движутся к отрицательно заряженному электроду.

Если длина свободного пробега ионов велика, частицы бомбардируют поверхность пластины под почти перпендикулярными углами. Таким образом, материал выбрасывается с поверхности ускоренными ионами (физическое травление), а некоторые частицы также вступают в химическую реакцию с поверхностью. Боковые боковые стенки не затрагиваются, поэтому износ отсутствует, а профиль травления остается анизотропным. Селективность не слишком мала, но и не слишком велика из-за процесса физического травления. Кроме того, поверхность пластины повреждается ускоренными ионами и ее необходимо лечить термическим отжигом. Химическая часть процесса травления осуществляется за счет реакции свободных радикалов с поверхностью и физически измельчаемым материалом, поэтому он не откладывается на стенках пластины или камеры, как при ионно-лучевом травлении. При увеличении давления в камере травления длина свободного пробега частиц уменьшается. Поэтому столкновений становится больше, и частицы движутся в разных направлениях. В результате травление становится менее направленным, и процесс травления приобретает больше химических свойств. Повышенная селективность приводит к более изотропному профилю травления. Анизотропные профили травления достигаются за счет пассивации боковых стенок во время травления кремния. Кислород в камере травления вступает в реакцию с размолотым кремнием с образованием диоксида кремния, который осаждается на вертикальных боковых стенках. Оксидная пленка на горизонтальных участках удаляется за счет ионной бомбардировки, что позволяет продолжить процесс бокового травления.

Скорость травления зависит от давления, мощности высокочастотного генератора, технологического газа, фактического расхода газа и температуры пластины. Анизотропия увеличивается с увеличением высокочастотной мощности, уменьшением давления и температурой. Равномерность процесса травления зависит от газа, расстояния между двумя электродами и материала электрода. Если расстояние слишком мало, плазма не может быть распределена равномерно, что приводит к неоднородности. Увеличение расстояния между электродами снижает скорость травления, поскольку плазма распределяется по расширенному объему. Для электродов предпочтительным материалом оказался углерод. Поскольку фтор и хлор также воздействуют на углерод, электроды создают однородную напряженную плазму, поэтому края пластины подвергаются такому же воздействию, как и центр пластины.

Селективность и скорость травления сильно зависят от технологического газа. Для кремния и соединений кремния в основном используются фтор и хлор.

Процессы травления не ограничиваются одним газом, газовой смесью или фиксированными параметрами процесса. Например, природные оксиды на поликремнии можно сначала удалить с высокой скоростью травления и с низкой селективностью, а затем провести травление поликремния с более высокой селективностью по отношению к нижележащим слоям.

Semicorex предлагает различныеSiC-компонентыв процессе травления. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com