Yarı iletken aşındırma işlemi teknolojisi

Aşındırma veya aşındırma, yarı iletken üretiminde, mikroelektronik entegre devre üretiminde ve mikro/nano üretim süreçlerinde çok önemli bir adımdır. Bu, fotolitografi ile ilişkili birincil bir modelleme sürecidir. Dar anlamda, aşındırma aslında fotolitografik aşındırmadır; burada fotorezist ilk önce fotolitografi kullanılarak açığa çıkarılır ve daha sonra istenmeyen malzemeyi aşındırmak için başka yöntemler kullanılır. Aşındırma, kimyasal veya fiziksel yöntemler kullanılarak istenmeyen malzemenin silikon levha yüzeyinden seçici olarak çıkarılması işlemidir. Temel amacı, kaplanmış silikon levha üzerindeki maske desenini doğru bir şekilde kopyalamaktır. Mikrofabrikasyon proseslerinin gelişmesiyle birlikte aşındırma, çözeltiler, reaktif iyonlar veya diğer mekanik yöntemler kullanılarak malzemenin soyulması ve çıkarılması için genel bir terim haline geldi ve mikrofabrikasyonda yaygın bir terim haline geldi.

Aşındırma genel olarak iki türe ayrılabilir: ıslak aşındırma ve kuru aşındırma. Kuru aşındırmada gaz yüksek frekanslarda (öncelikle 13,56 MHz veya 2,45 GHz) uyarılır. 1 ila 100 Pa basınç altında ortalama serbest yolu birkaç milimetreden birkaç santimetreye kadar değişir. Üç ana kuru aşındırma türü vardır:

• Fiziksel kuru aşındırma: Plaka yüzeyindeki parçacıkların fiziksel aşınmasını hızlandırır;

• Kimyasal kuru aşındırma: Gaz, levha yüzeyiyle kimyasal olarak reaksiyona girer;

• Kimyasal-fiziksel kuru aşındırma: Kimyasal özelliklere sahip fiziksel bir aşındırma işlemi;

1. İyon ışını aşındırma

İyon ışınıyla aşındırma, fiziksel bir kuru aşındırma işlemidir. Argon iyonları yüzeye yaklaşık 1 ila 3 keV'lik bir iyon ışınıyla yayılır. İyonların enerjisi nedeniyle yüzey malzemesini bombardıman ederler. Plaka iyon ışınına dikey olarak veya açılı olarak yerleştirilir ve dağlama işlemi kesinlikle anizotropiktir. Katmanlar arasında ayrım yapmadığından seçiciliği düşüktür. Gaz ve cilalı malzeme bir vakum pompasıyla dışarı atılır; ancak reaksiyon ürünleri gaz halinde olmadığından parçacıklar levha veya bölme duvarları üzerinde birikebilir.

Bu parçacıkları önlemek için odaya ikinci bir gaz verilir. Bu gaz argon iyonlarıyla reaksiyona girerek fizikokimyasal bir aşındırma sürecini başlatır. Gazın bir kısmı yüzeyle reaksiyona girer, ancak bir kısmı cilalı parçacıklarla reaksiyona girerek gazlı yan ürünler oluşturur. Bu yöntem kullanılarak neredeyse tüm malzemeler aşındırılabilir. Dikey radyasyon nedeniyle dikey duvarlardaki aşınma çok düşüktür (yüksek anizotropi). Ancak düşük seçicilik ve düşük aşındırma oranı nedeniyle bu işlem modern yarı iletken üretiminde nadiren kullanılır.

2. Plazma Dağlama

Plazma aşındırma tamamen kimyasal bir aşındırma işlemidir (kimyasal kuru aşındırma). Avantajı, levha yüzeyinin hızlandırılmış iyonlardan zarar görmemesidir. Aşındırma gazının hareketli parçacıkları nedeniyle, aşındırma profili izotropiktir, bu da bu yöntemi tüm film katmanlarının çıkarılması için uygun kılar (örneğin, termal oksidasyondan sonra arka tarafın temizlenmesi).

Plazma aşındırma için kullanılan reaktör türlerinden biri, aşağı akış reaktörüdür. Plazma, darbeli iyonizasyon yoluyla 2,45 GHz'lik yüksek bir frekansta ateşlenir ve darbeli iyonizasyon bölgesi levhadan ayrılır.

Çarpma nedeniyle gaz deşarj bölgesinde serbest radikaller dahil çeşitli parçacıklar bulunur. Serbest radikaller nötr atomlar veya doymamış elektronlara sahip moleküllerdir ve bu nedenle oldukça reaktiftirler. Nötr bir gaz olarak tetraflorometan (CF4), gaz deşarj bölgesine verilir ve CF2 ve flor moleküllerine (F2) ayrılır. Benzer şekilde flor, oksijen (O2) eklenerek CF4'ten ayrılabilir:

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

Flor molekülü, gaz deşarj bölgesindeki enerji ile iki ayrı flor atomuna bölünebilir: her bir flor atomu bir flor serbest radikalidir, çünkü her atomun yedi değerlik elektronu vardır ve bir inert gaz konfigürasyonu elde etmeyi amaçlar. Nötr serbest radikallere ek olarak kısmen yüklü birkaç parçacık da vardır (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Tüm parçacıklar, serbest radikaller vb. daha sonra seramik bir tüp aracılığıyla aşındırma odasına girer. Yüklü parçacıklar, bir ekstraksiyon ızgarası ile aşındırma odasından bloke edilebilir veya nötr moleküllerin oluşumu sırasında yeniden birleştirilebilir. Flor radikalleri de kısmen yeniden birleşir, ancak aşındırma odasına ulaşmaya, levha yüzeyinde reaksiyona girmeye ve kimyasal aşınmaya neden olmaya yetecek kadardır. Diğer nötr parçacıklar dağlama işleminin bir parçası değildir ve reaksiyon ürünleriyle birlikte tükenir.

Plazma aşındırma işleminde aşındırılabilen ince film örnekleri: • Silikon: Si + 4F ---> SiF4 • Silikon dioksit: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Silikon nitrür: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Reaktif iyon aşındırma (RIE) özellikleri: Seçicilik, aşındırma profili, aşındırma hızı, tekdüzelik ve tekrarlanabilirlik, hepsi çok hassas bir şekilde kontrol edilebilir reaktif iyon aşındırma. İzotropik aşındırma profillerinin yanı sıra anizotropik profiller de mümkündür. Bu nedenle RIE, kimyasal bir fiziksel aşındırma işlemidir ve çok çeşitli ince filmlerin oluşturulması için yarı iletken üretimindeki en önemli işlemdir. İşlem odasında, levha yüksek frekanslı bir elektrotun (HF elektrotu) üzerine yerleştirilir. Plazma, serbest elektronların ve pozitif yüklü iyonların ortaya çıktığı darbe iyonizasyonuyla üretilir. HF elektrodu pozitif voltajda ise serbest elektronlar üzerinde birikir ve elektron ilgisi nedeniyle tekrar elektrottan ayrılamazlar. Bu nedenle elektrot -1000 V'a (öngerilim voltajı) şarj edilir. Hızla değişen alanı takip edemeyen yavaş iyonlar negatif yüklü elektroda doğru hareket eder.

İyonların ortalama serbest yolu yüksekse, parçacıklar levha yüzeyini neredeyse dik açılarla bombardıman eder. Böylece malzeme hızlandırılmış iyonlar (fiziksel aşındırma) yoluyla yüzeyden fırlatılır ve bazı parçacıklar da yüzeyle kimyasal olarak reaksiyona girer. Yan duvarlar etkilenmez, dolayısıyla aşınma olmaz ve dağlama profili anizotropik kalır. Seçicilik çok küçük değildir ancak fiziksel aşındırma işleminden dolayı çok büyük değildir. Ayrıca levha yüzeyi hızlandırılmış iyonlar nedeniyle hasar görür ve termal tavlama ile kürlenmesi gerekir. Aşındırma işleminin kimyasal kısmı, serbest radikallerin yüzeyle ve fiziksel olarak öğütülen malzemeyle reaksiyonu yoluyla gerçekleştirilir, böylece iyon ışınıyla aşındırmada olduğu gibi levha veya bölme duvarları üzerinde yeniden birikmez. Aşındırma odasındaki basıncın arttırılmasıyla parçacıkların ortalama serbest yolu azalır. Bu nedenle daha fazla çarpışma olur ve parçacıklar farklı yönlerde hareket eder. Bu, daha az yönlü aşındırmayla sonuçlanır ve aşındırma işlemi daha fazla kimyasal özellik kazanır. Artan seçicilik, daha izotropik bir aşındırma profiliyle sonuçlanır. Anizotropik aşındırma profilleri, silikon aşındırma sırasında yan duvarların pasifleştirilmesi yoluyla elde edilir. Aşındırma odasındaki oksijen, öğütülmüş silikonla reaksiyona girerek dikey yan duvarlarda biriken silikon dioksiti oluşturur. İyon bombardımanı nedeniyle yatay bölgelerdeki oksit film kaldırılarak yanal aşındırma işleminin devam etmesine olanak sağlanır.

Aşındırma hızı basınca, yüksek frekanslı jeneratör gücüne, proses gazına, gerçek gaz akış hızına ve levha sıcaklığına bağlıdır. Anizotropi, yüksek frekans gücünün artmasıyla, basıncın azalmasıyla ve sıcaklığın azalmasıyla artar. Aşındırma işleminin tekdüzeliği gaza, iki elektrot arasındaki mesafeye ve elektrot malzemesine bağlıdır. Mesafe çok küçükse, plazma eşit şekilde dağılamaz ve bu da homojenliğin bozulmasına neden olur. Elektrot mesafesinin arttırılması, plazmanın genişlemiş bir hacim üzerine dağıtılması nedeniyle aşındırma hızını azaltır. Elektrotlar için karbonun tercih edilen malzeme olduğu kanıtlanmıştır. Flor ve klor da karbona saldırdığından, elektrotlar tekdüze gergin bir plazma üretir, dolayısıyla levha kenarları, levha merkeziyle aynı şekilde etkilenir.

Seçicilik ve aşındırma hızı büyük ölçüde proses gazına bağlıdır. Silikon ve silikon bileşikleri için öncelikle flor ve klor kullanılır.

Aşındırma işlemleri tek bir gazla, gaz karışımıyla veya sabit işlem parametreleriyle sınırlı değildir. Örneğin, polisilikon üzerindeki doğal oksitler ilk önce yüksek bir aşındırma hızında ve düşük seçicilikle çıkarılabilir, ardından polisilikon alttaki katmanlara göre daha yüksek seçicilikle aşındırılabilir.

Semicorex çeşitli teklifler sunuyorSiC bileşenleriaşındırma işleminde. Herhangi bir sorunuz varsa veya ek ayrıntılara ihtiyacınız varsa, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

İletişim telefonu numarası +86-13567891907

E-posta: sales@semicorex.com