เทคโนโลยีกระบวนการกัดเซมิคอนดักเตอร์

การแกะสลักหรือการแกะสลักเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การผลิต IC ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และกระบวนการผลิตไมโคร/นาโน เป็นกระบวนการสร้างลวดลายหลักที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์หินด้วยแสง ในความหมายที่แคบ การแกะสลักโดยพื้นฐานแล้วคือการกัดด้วยแสงด้วยแสง โดยที่สารต้านทานแสงจะถูกเปิดเผยเป็นครั้งแรกโดยใช้การพิมพ์หินด้วยแสง จากนั้นจึงใช้วิธีการอื่นเพื่อกัดวัสดุที่ไม่ต้องการออกไป การแกะสลักเป็นกระบวนการคัดเลือกวัสดุที่ไม่ต้องการออกจากพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนโดยใช้วิธีทางเคมีหรือกายภาพ เป้าหมายพื้นฐานคือการจำลองรูปแบบมาส์กบนเวเฟอร์ซิลิคอนที่เคลือบอย่างถูกต้อง ด้วยการพัฒนากระบวนการการผลิตระดับจุลภาค การแกะสลักได้กลายเป็นคำทั่วไปสำหรับการลอกและการกำจัดวัสดุโดยใช้สารละลาย ไอออนที่เกิดปฏิกิริยา หรือวิธีการทางกลอื่นๆ กลายเป็นคำทั่วไปในกระบวนการผลิตระดับจุลภาค

การแกะสลักสามารถแบ่งกว้าง ๆ ได้เป็นสองประเภท: การแกะสลักแบบเปียกและการแกะสลักแบบแห้ง ในการกัดแบบแห้ง ก๊าซจะตื่นเต้นที่ความถี่สูง (หลักๆ คือ 13.56 MHz หรือ 2.45 GHz) ภายใต้ความกดดัน 1 ถึง 100 Pa เส้นทางอิสระเฉลี่ยมีตั้งแต่ไม่กี่มิลลิเมตรถึงไม่กี่เซนติเมตร การแกะสลักแบบแห้งมีสามประเภทหลัก:

• การกัดแบบแห้งทางกายภาพ: เร่งการสึกหรอทางกายภาพของอนุภาคบนพื้นผิวเวเฟอร์;

• การกัดกรดแบบแห้งด้วยสารเคมี: ก๊าซจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวเวเฟอร์;

• การกัดแบบแห้งด้วยเคมีกายภาพ: กระบวนการกัดกร่อนทางกายภาพที่มีคุณสมบัติทางเคมี

1. การแกะสลักลำแสงไอออน

การกัดด้วยลำไอออนเป็นกระบวนการกัดแบบแห้งทางกายภาพ ไอออนของอาร์กอนถูกฉายลงบนพื้นผิวในลำไอออนประมาณ 1 ถึง 3 keV เนื่องจากพลังงานของไอออน พวกมันจึงโจมตีวัสดุพื้นผิว แผ่นเวเฟอร์จะถูกสอดเข้าไปในลำแสงไอออนในแนวตั้งหรือทำมุม และกระบวนการกัดจะเป็นแบบแอนไอโซทรอปิกอย่างแน่นอน หัวกะทิต่ำเพราะไม่แยกความแตกต่างระหว่างชั้น ก๊าซและวัสดุขัดเงาจะถูกไล่ออกโดยปั๊มสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาไม่ใช่ก๊าซ อนุภาคจึงสามารถสะสมบนแผ่นเวเฟอร์หรือผนังห้องได้

เพื่อหลีกเลี่ยงอนุภาคเหล่านี้ จึงมีการนำก๊าซตัวที่สองเข้าไปในห้องเพาะเลี้ยง ก๊าซนี้ทำปฏิกิริยากับไอออนอาร์กอน ทำให้เกิดกระบวนการกัดกรดเคมีกายภาพ ก๊าซบางส่วนทำปฏิกิริยากับพื้นผิว แต่บางส่วนทำปฏิกิริยากับอนุภาคขัดเงาจนเกิดผลพลอยได้จากก๊าซ วัสดุเกือบทั้งหมดสามารถแกะสลักได้ด้วยวิธีนี้ เนื่องจากการแผ่รังสีแนวตั้ง การสึกหรอบนผนังแนวตั้งจึงต่ำมาก (แอนไอโซโทรปีสูง) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเลือกสรรต่ำและอัตราการแกะสลักต่ำ กระบวนการนี้จึงไม่ค่อยได้ใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่

2. การแกะสลักด้วยพลาสม่า

การกัดด้วยพลาสม่าเป็นกระบวนการกัดด้วยสารเคมีโดยสิ้นเชิง (การกัดด้วยสารเคมีแบบแห้ง) ข้อดีของมันคือพื้นผิวเวเฟอร์ไม่เสียหายจากไอออนเร่ง เนื่องจากอนุภาคที่เคลื่อนที่ได้ของก๊าซกัดกร่อน โปรไฟล์การกัดจึงเป็นแบบไอโซโทรปิก ทำให้วิธีนี้เหมาะสำหรับการขจัดชั้นฟิล์มทั้งหมด (เช่น การทำความสะอาดด้านหลังหลังจากออกซิเดชันด้วยความร้อน)

เครื่องปฏิกรณ์ประเภทหนึ่งที่ใช้สำหรับการกัดด้วยพลาสมาคือเครื่องปฏิกรณ์ขั้นปลาย พลาสมาถูกจุดไฟที่ความถี่สูง 2.45 GHz ผ่านการอิออไนเซชันแบบกระแทก และตำแหน่งอิออไนเซชันแบบกระแทกแยกออกจากเวเฟอร์

ในบริเวณที่ปล่อยก๊าซ อนุภาคต่าง ๆ รวมถึงอนุมูลอิสระ เกิดจากการกระแทก อนุมูลอิสระเป็นอะตอมหรือโมเลกุลที่เป็นกลางซึ่งมีอิเล็กตรอนไม่อิ่มตัวและมีปฏิกิริยาสูง เนื่องจากก๊าซที่เป็นกลาง tetrafluoromethane (CF4) จะถูกนำเข้าสู่บริเวณที่ปล่อยก๊าซ และแยกออกเป็นโมเลกุล CF2 และฟลูออรีน (F2) ในทำนองเดียวกัน ฟลูออรีนสามารถแยกออกจาก CF4 ได้โดยการเติมออกซิเจน (O2):

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

โมเลกุลของฟลูออรีนสามารถแยกออกเป็นสองอะตอมของฟลูออรีนที่แยกจากกันโดยพลังงานในบริเวณที่ปล่อยก๊าซ: อะตอมของฟลูออรีนแต่ละอะตอมเป็นอนุมูลอิสระของฟลูออรีน เนื่องจากแต่ละอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเจ็ดตัวและมีเป้าหมายเพื่อให้เกิดการกำหนดค่าก๊าซเฉื่อย นอกจากอนุมูลอิสระที่เป็นกลางแล้ว ยังมีอนุภาคที่มีประจุบางส่วนอีกหลายอนุภาค (CF+4, CF+3, CF+2, ...) อนุภาคทั้งหมด อนุมูลอิสระ ฯลฯ จากนั้นเข้าไปในห้องแกะสลักผ่านท่อเซรามิก อนุภาคที่มีประจุสามารถถูกบล็อกจากห้องกัดด้วยตะแกรงสกัดหรือรวมตัวกันใหม่ในระหว่างการก่อตัวของโมเลกุลที่เป็นกลาง อนุมูลฟลูออรีนยังรวมตัวกันอีกครั้งบางส่วน แต่ก็เพียงพอที่จะไปถึงห้องแกะสลัก ทำปฏิกิริยาบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ และทำให้เกิดการเสียดสีทางเคมี อนุภาคที่เป็นกลางอื่นๆ ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการกัดกรด และจะหมดไปพร้อมกับผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา

ตัวอย่างของฟิล์มบางที่สามารถสลักในการกัดด้วยพลาสมา: • ซิลิคอน: Si + 4F ---> SiF4 • ซิลิคอนไดออกไซด์: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • ซิลิคอนไนไตรด์: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. คุณลักษณะการกัดด้วยไอออนปฏิกิริยา (RIE): ความสามารถในการคัดเลือก โปรไฟล์การกัด อัตราการกัด ความสม่ำเสมอ และความสามารถในการทำซ้ำ สามารถควบคุมได้อย่างมาก ได้อย่างแม่นยำในการกัดกรดปฏิกิริยา โปรไฟล์การกัดแบบไอโซทรอปิกและแบบแอนไอโซทรอปิกสามารถทำได้ ดังนั้น RIE จึงเป็นกระบวนการกัดกรดทางกายภาพทางเคมี และเป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการสร้างฟิล์มบางที่หลากหลาย ในห้องกระบวนการ แผ่นเวเฟอร์จะวางอยู่บนอิเล็กโทรดความถี่สูง (อิเล็กโทรด HF) พลาสมาถูกสร้างขึ้นโดยการกระแทกไอออนไนซ์ ซึ่งอิเล็กตรอนอิสระและไอออนที่มีประจุบวกจะปรากฏขึ้น หากอิเล็กโทรด HF อยู่ที่แรงดันไฟฟ้าบวก อิเล็กตรอนอิสระจะสะสมอยู่และไม่สามารถออกจากอิเล็กโทรดได้อีกเนื่องจากความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน ดังนั้น อิเล็กโทรดจึงมีประจุอยู่ที่ -1,000 V (แรงดันไบแอส) ไอออนช้าๆ ที่ไม่สามารถตามสนามไฟฟ้ากระแสสลับอย่างรวดเร็วจะเคลื่อนที่เข้าหาอิเล็กโทรดที่มีประจุลบ

ถ้าเส้นทางอิสระของไอออนมีค่าเฉลี่ยสูง อนุภาคจะโจมตีพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ในมุมที่เกือบตั้งฉาก ดังนั้น วัสดุจึงถูกขับออกจากพื้นผิวโดยไอออนเร่ง (การกัดแบบกายภาพ) และอนุภาคบางส่วนยังทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวอีกด้วย ผนังด้านข้างไม่ได้รับผลกระทบใดๆ ดังนั้นจึงไม่มีการสึกหรอ และโปรไฟล์การกัดยังคงไม่เกิดไอโซทรอปิก หัวกะทิไม่เล็กเกินไป แต่ก็ไม่ใหญ่เกินไปเนื่องจากกระบวนการกัดทางกายภาพ นอกจากนี้ พื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ยังได้รับความเสียหายจากไอออนเร่ง และต้องรักษาให้หายขาดด้วยการอบอ่อนด้วยความร้อน ส่วนทางเคมีของกระบวนการกัดกรดทำได้สำเร็จโดยปฏิกิริยาของอนุมูลอิสระกับพื้นผิวและวัสดุที่ถูกบดทางกายภาพ ดังนั้นจึงไม่มีการสะสมซ้ำบนแผ่นเวเฟอร์หรือผนังห้องเช่นเดียวกับการกัดด้วยลำแสงไอออน โดยการเพิ่มความดันในห้องแกะสลัก เส้นทางอิสระเฉลี่ยของอนุภาคจะลดลง ดังนั้นจึงมีการชนกันมากขึ้นและอนุภาคเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต่างกัน ส่งผลให้การกัดแบบมีทิศทางน้อยลง และกระบวนการกัดจะได้คุณสมบัติทางเคมีมากขึ้น การเลือกที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้โปรไฟล์การกัดแบบไอโซโทรปิกมากขึ้น โปรไฟล์การกัดแบบแอนไอโซทรอปิกทำได้โดยการทำให้ผนังกั้นข้างในระหว่างการกัดด้วยซิลิคอน ออกซิเจนในห้องแกะสลักจะทำปฏิกิริยากับซิลิคอนที่ผ่านการบดแล้วเกิดเป็นซิลิคอนไดออกไซด์ ซึ่งสะสมอยู่บนผนังแนวตั้ง ฟิล์มออกไซด์ในบริเวณแนวนอนจะถูกเอาออกเนื่องจากการทิ้งระเบิดด้วยไอออน ทำให้กระบวนการกัดด้านข้างดำเนินต่อไปได้

อัตราการกัดกรดขึ้นอยู่กับความดัน กำลังเครื่องกำเนิดความถี่สูง ก๊าซในกระบวนการ อัตราการไหลของก๊าซจริง และอุณหภูมิของแผ่นเวเฟอร์ แอนไอโซโทรปีจะเพิ่มขึ้นตามกำลังความถี่สูงที่เพิ่มขึ้น ความดันลดลง และอุณหภูมิลดลง ความสม่ำเสมอของกระบวนการกัดขึ้นอยู่กับแก๊ส ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง และวัสดุอิเล็กโทรด หากระยะห่างน้อยเกินไป พลาสมาจะไม่สามารถกระจายตัวสม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน การเพิ่มระยะห่างของอิเล็กโทรดจะช่วยลดอัตราการกัดเซาะ เนื่องจากพลาสมาถูกกระจายไปตามปริมาตรที่ขยาย สำหรับอิเล็กโทรด คาร์บอนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวัสดุที่ต้องการ เนื่องจากฟลูออรีนและคลอรีนโจมตีคาร์บอนด้วย อิเล็กโทรดจึงสร้างพลาสมาที่มีความตึงสม่ำเสมอ ดังนั้น ขอบเวเฟอร์จึงได้รับผลกระทบในลักษณะเดียวกับศูนย์กลางของเวเฟอร์

หัวกะทิและอัตราการกัดกรดขึ้นอยู่กับก๊าซในกระบวนการเป็นอย่างมาก สำหรับสารประกอบซิลิกอนและซิลิกอน จะใช้ฟลูออรีนและคลอรีนเป็นหลัก

กระบวนการกัดกร่อนไม่ได้จำกัดอยู่เพียงก๊าซเดียว ส่วนผสมของก๊าซ หรือพารามิเตอร์กระบวนการคงที่ ตัวอย่างเช่น ออกไซด์ดั้งเดิมบนโพลีซิลิคอนสามารถกำจัดออกได้ก่อนด้วยอัตราการกัดเซาะที่สูงและมีค่าหัวกะทิต่ำ ตามด้วยการกัดกรดโพลิซิลิคอนที่มีค่าหัวกะทิสูงกว่าเมื่อเทียบกับชั้นที่อยู่ด้านล่าง

Semicorex นำเสนอหลากหลายส่วนประกอบ SiCในกระบวนการแกะสลัก หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com