Tìm hiểu sự khác biệt trong quá trình khắc giữa tấm silicon và tấm silicon cacbua

Trong các quy trình khắc khô, đặc biệt là khắc ion phản ứng (RIE), các đặc tính của vật liệu được khắc đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tốc độ ăn mòn và hình thái cuối cùng của cấu trúc khắc. Điều này đặc biệt quan trọng khi so sánh hành vi khắc củatấm siliconVàtấm silicon cacbua (SiC). Mặc dù cả hai đều là vật liệu phổ biến trong sản xuất chất bán dẫn, nhưng tính chất vật lý và hóa học rất khác nhau của chúng dẫn đến kết quả khắc tương phản.

So sánh tính chất vật liệu:Siliconso vớiCacbua silic

Từ bảng này, có thể thấy rõ rằng SiC cứng hơn silicon rất nhiều, với độ cứng Mohs là 9,5, gần bằng kim cương (độ cứng Mohs 10). Ngoài ra, SiC thể hiện tính trơ hóa học lớn hơn nhiều, nghĩa là nó đòi hỏi những điều kiện đặc biệt cao để trải qua các phản ứng hóa học.

Quá trình khắc:Siliconso vớiCacbua silic

Quá trình khắc RIE bao gồm cả sự bắn phá vật lý và phản ứng hóa học. Đối với các vật liệu như silicon, ít cứng hơn và phản ứng hóa học tốt hơn, quá trình này hoạt động hiệu quả. Khả năng phản ứng hóa học của silicon cho phép ăn mòn dễ dàng hơn khi tiếp xúc với các loại khí phản ứng như flo hoặc clo, và sự bắn phá vật lý của các ion có thể dễ dàng phá vỡ các liên kết yếu hơn trong mạng silicon.

Ngược lại, SiC đưa ra những thách thức đáng kể về cả khía cạnh vật lý và hóa học của quá trình ăn mòn. Sự bắn phá vật lý của SiC có ít tác động hơn do độ cứng cao hơn và liên kết cộng hóa trị Si-C có năng lượng liên kết cao hơn nhiều, nghĩa là chúng khó bị phá vỡ hơn nhiều. Tính trơ hóa học cao của SiC càng làm vấn đề trở nên phức tạp hơn vì nó không phản ứng dễ dàng với các loại khí ăn mòn thông thường. Kết quả là, mặc dù mỏng hơn nhưng tấm wafer SiC có xu hướng ăn mòn chậm hơn và không đều hơn so với tấm wafer silicon.

Tại sao Silicon ăn mòn nhanh hơn SiC?

Khi khắc tấm wafer silicon, độ cứng thấp hơn và tính chất phản ứng cao hơn của vật liệu dẫn đến quá trình mượt mà hơn, nhanh hơn, ngay cả đối với những tấm wafer dày hơn như silicon 675 µm. Tuy nhiên, khi khắc tấm wafer SiC mỏng hơn (350 µm), quá trình ăn mòn trở nên khó khăn hơn do độ cứng của vật liệu và khó phá vỡ liên kết Si-C.

Ngoài ra, quá trình ăn mòn SiC chậm hơn có thể là do độ dẫn nhiệt cao hơn. SiC tản nhiệt nhanh chóng, làm giảm năng lượng cục bộ vốn có thể giúp thúc đẩy các phản ứng ăn mòn. Điều này đặc biệt có vấn đề đối với các quy trình dựa vào hiệu ứng nhiệt để hỗ trợ phá vỡ liên kết hóa học.

Tốc độ khắc của SiC

Tốc độ ăn mòn của SiC chậm hơn đáng kể so với silicon. Trong điều kiện tối ưu, tốc độ ăn mòn SiC có thể đạt xấp xỉ 700 nm mỗi phút, nhưng việc tăng tốc độ này là một thách thức do độ cứng và tính ổn định hóa học của vật liệu. Bất kỳ nỗ lực nào nhằm nâng cao tốc độ ăn mòn đều phải cân bằng cẩn thận giữa cường độ bắn phá vật lý và thành phần khí phản ứng mà không ảnh hưởng đến tính đồng nhất của quá trình ăn mòn hoặc chất lượng bề mặt.

Sử dụng SiO₂ làm lớp mặt nạ cho quá trình khắc SiC

Một giải pháp hiệu quả cho những thách thức do quá trình khắc SiC đặt ra là sử dụng lớp mặt nạ chắc chắn, chẳng hạn như lớp SiO₂ dày hơn. SiO₂ có khả năng chống chịu tốt hơn với môi trường khắc ion phản ứng, bảo vệ SiC bên dưới khỏi hiện tượng ăn mòn không mong muốn và đảm bảo kiểm soát tốt hơn các cấu trúc bị ăn mòn.

Việc lựa chọn lớp mặt nạ SiO₂ dày hơn sẽ cung cấp đủ khả năng bảo vệ chống lại cả sự bắn phá vật lý và khả năng phản ứng hóa học hạn chế của SiC, dẫn đến kết quả ăn mòn chính xác và nhất quán hơn.

Tóm lại, việc khắc tấm wafer SiC đòi hỏi các phương pháp tiếp cận chuyên biệt hơn so với silicon, xem xét độ cứng cực cao, năng lượng liên kết cao và độ trơ hóa học của vật liệu. Sử dụng các lớp mặt nạ thích hợp như SiO₂ và tối ưu hóa quy trình RIE có thể giúp khắc phục một số khó khăn trong quá trình ăn mòn.

Semicorex cung cấp các linh kiện chất lượng cao nhưvòng khắc, vòi hoa sen, vv để khắc hoặc cấy ion. 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