Công nghệ xử lý khắc bán dẫn

Khắc, hay khắc, là một bước quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn, sản xuất vi mạch vi điện tử và quy trình sản xuất vi mô/nano. Đó là một quá trình tạo khuôn sơ cấp liên quan đến quang khắc. Theo nghĩa hẹp, khắc về cơ bản là khắc quang khắc, trong đó chất quang dẫn đầu tiên được phơi bày bằng phương pháp quang khắc, sau đó các phương pháp khác được sử dụng để khắc đi vật liệu không mong muốn. Khắc là quá trình loại bỏ có chọn lọc vật liệu không mong muốn khỏi bề mặt của tấm wafer silicon bằng phương pháp hóa học hoặc vật lý. Mục tiêu cơ bản của nó là tái tạo chính xác mẫu mặt nạ trên tấm wafer silicon được phủ. Với sự phát triển của các quy trình chế tạo vi mô, khắc axit đã trở thành một thuật ngữ chung để chỉ việc tước và loại bỏ vật liệu bằng cách sử dụng dung dịch, ion phản ứng hoặc các phương pháp cơ học khác, trở thành một thuật ngữ phổ biến trong chế tạo vi mô.

Khắc có thể được phân loại thành hai loại: khắc ướt và khắc khô. Trong khắc khô, khí bị kích thích ở tần số cao (chủ yếu là 13,56 MHz hoặc 2,45 GHz). Dưới áp suất từ ​​1 đến 100 Pa, đường tự do trung bình của nó dao động từ vài mm đến vài cm. Có ba loại khắc khô chính:

• Khắc khô vật lý: Tăng tốc độ mài mòn vật lý của các hạt trên bề mặt wafer;

• Khắc khô hóa học: Khí phản ứng hóa học với bề mặt wafer;

• Khắc khô vật lý-hóa học: Một quá trình khắc vật lý có tính chất hóa học;

1. Khắc tia ion

Khắc chùm tia ion là một quá trình khắc khô vật lý. Các ion argon được bức xạ lên bề mặt dưới dạng chùm ion khoảng 1 đến 3 keV. Do năng lượng của các ion, chúng bắn phá vật liệu bề mặt. Tấm wafer được chèn theo chiều dọc hoặc nghiêng vào chùm ion và quá trình ăn mòn hoàn toàn dị hướng. Độ chọn lọc thấp vì không phân biệt được giữa các lớp. Khí và vật liệu đánh bóng được đẩy ra ngoài bằng bơm chân không; tuy nhiên, do sản phẩm phản ứng không ở dạng khí nên các hạt có thể đọng lại trên tấm bán dẫn hoặc thành buồng.

Để tránh những hạt này, một loại khí thứ hai được đưa vào buồng. Khí này phản ứng với các ion argon, tạo ra quá trình ăn mòn hóa lý. Một số khí phản ứng với bề mặt, nhưng một số phản ứng với các hạt được đánh bóng để tạo thành các sản phẩm phụ dạng khí. Hầu như tất cả các vật liệu có thể được khắc bằng phương pháp này. Do bức xạ thẳng đứng, độ mòn trên tường thẳng đứng rất thấp (tính dị hướng cao). Tuy nhiên, do độ chọn lọc thấp và tốc độ ăn mòn thấp nên quá trình này hiếm khi được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn hiện đại.

2. Khắc plasma

Khắc plasma là một quá trình khắc hoàn toàn bằng hóa học (khắc khô bằng hóa chất). Ưu điểm của nó là bề mặt wafer không bị hư hại bởi các ion tăng tốc. Do các hạt có thể di chuyển của khí ăn mòn, nên mặt cắt ăn mòn có tính đẳng hướng, khiến phương pháp này phù hợp để loại bỏ toàn bộ lớp màng (ví dụ: làm sạch mặt sau sau quá trình oxy hóa nhiệt).

Một loại lò phản ứng được sử dụng để khắc plasma là lò phản ứng xuôi dòng. Plasma được đốt cháy ở tần số cao 2,45 GHz thông qua quá trình ion hóa va chạm và vị trí ion hóa va chạm tách ra khỏi tấm bán dẫn.

Trong vùng phóng khí, các hạt khác nhau, bao gồm cả các gốc tự do, hiện diện do va chạm. Các gốc tự do là các nguyên tử hoặc phân tử trung tính có các electron chưa bão hòa và do đó có tính phản ứng cao. Là một loại khí trung tính, tetrafluoromethane (CF4) được đưa vào vùng phóng khí và phân tách thành các phân tử CF2 và flo (F2). Tương tự, flo có thể được tách khỏi CF4 bằng cách thêm oxy (O2):

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

Phân tử flo có thể được tách thành hai nguyên tử flo riêng biệt theo năng lượng trong vùng phóng khí: mỗi nguyên tử flo là một gốc tự do flo, vì mỗi nguyên tử có bảy electron hóa trị và nhằm mục đích đạt được cấu hình khí trơ. Ngoài các gốc tự do trung tính, còn có một số hạt tích điện một phần (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Tất cả các hạt, gốc tự do, v.v. sau đó đi vào buồng ăn mòn thông qua một ống gốm. Các hạt tích điện có thể bị chặn khỏi buồng ăn mòn bằng cách tách chiết hoặc kết hợp lại trong quá trình hình thành các phân tử trung tính của chúng. Các gốc flo cũng tái kết hợp một phần, nhưng đủ để đi tới buồng ăn mòn, phản ứng trên bề mặt tấm bán dẫn và gây mài mòn hóa học. Các hạt trung tính khác không tham gia vào quá trình ăn mòn và bị cạn kiệt cùng với các sản phẩm phản ứng.

Ví dụ về các màng mỏng có thể được khắc bằng khắc plasma: • Silicon: Si + 4F ---> SiF4 • Silicon dioxide: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Silicon nitride: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Đặc tính ăn mòn ion phản ứng (RIE): Tính chọn lọc, cấu hình ăn mòn, tốc độ ăn mòn, tính đồng nhất và độ lặp lại đều có thể được kiểm soát rất chính xác trong quá trình ăn mòn ion phản ứng. Có thể thực hiện được các cấu hình khắc đẳng hướng cũng như các cấu hình dị hướng. Do đó, RIE là một quá trình ăn mòn vật lý hóa học và là quá trình quan trọng nhất trong sản xuất chất bán dẫn để chế tạo nhiều loại màng mỏng. Trong buồng xử lý, wafer được đặt trên điện cực tần số cao (điện cực HF). Plasma được tạo ra bằng quá trình ion hóa va chạm, trong đó các electron tự do và các ion tích điện dương xuất hiện. Nếu điện cực HF ở điện áp dương, các electron tự do tích tụ trên đó và không thể rời khỏi điện cực do ái lực điện tử của chúng. Do đó, điện cực được tích điện tới -1000 V (điện áp phân cực). Các ion chậm không thể theo kịp trường xen kẽ nhanh sẽ di chuyển về phía điện cực tích điện âm.

Nếu đường tự do trung bình của các ion cao, các hạt sẽ bắn phá bề mặt tấm bán dẫn ở các góc gần như vuông góc. Do đó, vật liệu bị đẩy ra khỏi bề mặt bởi các ion được gia tốc (ăn mòn vật lý) và một số hạt cũng phản ứng hóa học với bề mặt. Các thành bên không bị ảnh hưởng nên không bị mài mòn và mặt cắt khắc vẫn có tính dị hướng. Độ chọn lọc không quá nhỏ nhưng cũng không quá lớn do quá trình ăn mòn vật lý. Hơn nữa, bề mặt wafer bị hư hỏng bởi các ion gia tốc và phải được xử lý bằng cách ủ nhiệt. Phần hóa học của quá trình ăn mòn được thực hiện thông qua phản ứng của các gốc tự do với bề mặt và vật liệu được nghiền vật lý, do đó nó không lắng đọng lại trên tấm wafer hoặc thành buồng như trong quá trình ăn mòn bằng chùm ion. Bằng cách tăng áp suất trong buồng ăn mòn, đường đi tự do trung bình của các hạt sẽ giảm. Do đó, có nhiều va chạm hơn và các hạt di chuyển theo các hướng khác nhau. Điều này dẫn đến việc ăn mòn ít định hướng hơn và quá trình ăn mòn thu được nhiều tính chất hóa học hơn. Độ chọn lọc tăng dẫn đến cấu hình ăn mòn đẳng hướng hơn. Cấu hình ăn mòn dị hướng đạt được thông qua sự thụ động của các thành bên trong quá trình ăn mòn silicon. Oxy trong buồng ăn mòn phản ứng với silicon đã nghiền để tạo thành silicon dioxide, chất này lắng đọng trên các thành bên thẳng đứng. Màng oxit trên các vùng nằm ngang bị loại bỏ do bắn phá ion, cho phép quá trình ăn mòn bên tiếp tục.

Tốc độ khắc phụ thuộc vào áp suất, công suất máy phát tần số cao, khí xử lý, tốc độ dòng khí thực tế và nhiệt độ wafer. Tính bất đẳng hướng tăng khi tăng công suất tần số cao, giảm áp suất và giảm nhiệt độ. Tính đồng nhất của quá trình ăn mòn phụ thuộc vào khí, khoảng cách giữa hai điện cực và vật liệu điện cực. Nếu khoảng cách quá nhỏ, plasma không thể phân tán đồng đều, dẫn đến tính không đồng nhất. Việc tăng khoảng cách điện cực làm giảm tốc độ ăn mòn vì plasma được phân bổ trên một thể tích mở rộng. Đối với các điện cực, carbon đã được chứng minh là vật liệu được ưa chuộng hơn. Vì flo và clo cũng tấn công cacbon nên các điện cực tạo ra plasma căng đồng đều, do đó các cạnh của tấm bán dẫn bị ảnh hưởng giống như tâm của tấm bán dẫn.

Độ chọn lọc và tốc độ ăn mòn phụ thuộc rất nhiều vào khí xử lý. Đối với silicon và các hợp chất silicon, flo và clo được sử dụng chủ yếu.

Quá trình khắc không bị giới hạn ở một loại khí, hỗn hợp khí hoặc các thông số quy trình cố định. Ví dụ, các oxit tự nhiên trên polysilicon có thể được loại bỏ trước tiên ở tốc độ ăn mòn cao và độ chọn lọc thấp, sau đó là quá trình ăn mòn polysilicon với độ chọn lọc cao hơn so với các lớp bên dưới.

Semicorex cung cấp nhiều loạilinh kiện SiCtrong quá trình khắc. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com