فرآیند و تجهیزات نیمه هادی (5/7) - فرآیند و تجهیزات اچینگ

یک مقدمه

اچینگ در فرآیند تولید مدار مجتمع به دو دسته تقسیم می شود:
حکاکی مرطوب؛
-اچینگ خشک

در روزهای اولیه، حکاکی مرطوب به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گرفت، اما به دلیل محدودیت های آن در کنترل عرض خط و جهت اچینگ، اکثر فرآیندها پس از 3μm از اچ خشک استفاده می کنند. اچینگ مرطوب فقط برای حذف لایه های خاص مواد خاص و تمیز کردن باقی مانده ها استفاده می شود.
حکاکی خشک به فرآیند استفاده از اچ‌کننده‌های شیمیایی گازی برای واکنش با مواد روی ویفر برای حکاکی کردن قسمتی از ماده که باید برداشته شود و تشکیل محصولات واکنش فرار، که سپس از محفظه واکنش استخراج می‌شوند، اشاره دارد. اچانت معمولا به طور مستقیم یا غیرمستقیم از پلاسمای گاز اچ کننده تولید می شود، بنابراین اچینگ خشک را اچ پلاسما نیز می گویند.

1.1 پلاسما

پلاسما گازی در حالت یونیزه ضعیف است که توسط تخلیه تابشی گاز حکاکی تحت اثر میدان الکترومغناطیسی خارجی (مانند تولید شده توسط منبع تغذیه فرکانس رادیویی) ایجاد می‌شود. این شامل الکترون ها، یون ها و ذرات فعال خنثی است. در میان آنها، ذرات فعال می توانند مستقیماً با ماده اچ شده واکنش شیمیایی دهند تا حکاکی انجام شود، اما این واکنش شیمیایی خالص معمولاً فقط در تعداد بسیار کمی از مواد رخ می دهد و جهت دار نیست. هنگامی که یون ها انرژی خاصی دارند، می توان آنها را با کندوپاش فیزیکی مستقیم اچ کرد، اما سرعت اچ این واکنش فیزیکی خالص بسیار کم است و انتخاب پذیری بسیار ضعیف است.

اکثر اچینگ پلاسما با مشارکت ذرات فعال و یون ها به طور همزمان تکمیل می شود. در این فرآیند بمباران یونی دو وظیفه دارد. یکی از بین بردن پیوندهای اتمی روی سطح ماده حکاکی شده و در نتیجه افزایش سرعت واکنش ذرات خنثی با آن است. دیگر این است که محصولات واکنش رسوب‌شده در سطح مشترک واکنش را از بین ببریم تا اچ‌کننده به طور کامل با سطح ماده اچ شده تماس پیدا کند تا اچینگ ادامه یابد.

محصولات واکنش رسوب‌شده روی دیواره‌های ساختار اچ‌شده را نمی‌توان به‌طور مؤثر با بمباران یونی جهت‌دار حذف کرد، در نتیجه حکاکی دیواره‌های جانبی را مسدود می‌کند و اچ ناهمسانگرد را تشکیل می‌دهد.

 
دومین فرآیند اچینگ

2.1 حکاکی و تمیز کردن مرطوب

حکاکی مرطوب یکی از اولین فناوری های مورد استفاده در تولید مدارهای مجتمع است. اگرچه اغلب فرآیندهای اچینگ مرطوب به دلیل حکاکی همسانگرد با اچ خشک ناهمسانگرد جایگزین شده اند، اما همچنان نقش مهمی در تمیز کردن لایه های غیر بحرانی با اندازه های بزرگتر ایفا می کند. به خصوص در اچ کردن باقیمانده های حذف اکسید و اپیدرمی استریپینگ نسبت به اچ خشک موثرتر و مقرون به صرفه تر است.

اشیاء حکاکی مرطوب عمدتاً شامل اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون، سیلیکون تک کریستال و سیلیکون پلی کریستالی است. اچینگ مرطوب اکسید سیلیکون معمولاً از اسید هیدروفلوئوریک (HF) به عنوان حامل اصلی شیمیایی استفاده می کند. به منظور بهبود گزینش پذیری، از اسید هیدروفلوئوریک رقیق بافر شده توسط آمونیوم فلوراید در فرآیند استفاده می شود. به منظور حفظ ثبات مقدار pH، می توان مقدار کمی اسید قوی یا عناصر دیگر اضافه کرد. اکسید سیلیکون دوپ شده راحت تر از اکسید سیلیکون خالص خورده می شود. لایه برداری شیمیایی مرطوب عمدتاً برای حذف نور مقاوم و ماسک سخت (نیترید سیلیکون) استفاده می شود. اسید فسفریک داغ (H3PO4) اصلی ترین مایع شیمیایی است که برای جداسازی مواد شیمیایی مرطوب برای حذف نیترید سیلیکون استفاده می شود و انتخاب خوبی برای اکسید سیلیکون دارد.

تمیز کردن مرطوب شبیه به اچینگ مرطوب است و عمدتاً آلاینده های سطح ویفرهای سیلیکونی را از طریق واکنش های شیمیایی از جمله ذرات، مواد آلی، فلزات و اکسیدها حذف می کند. جریان اصلی تمیز کردن مرطوب، روش شیمیایی مرطوب است. اگرچه تمیز کردن خشک می تواند جایگزین بسیاری از روش های تمیز کردن مرطوب شود، اما هیچ روشی وجود ندارد که به طور کامل جایگزین تمیز کردن مرطوب شود.

مواد شیمیایی رایج مورد استفاده برای تمیز کردن مرطوب شامل اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک، اسید هیدروفلوئوریک، اسید فسفریک، پراکسید هیدروژن، هیدروکسید آمونیوم، فلوراید آمونیوم و غیره است. یک محلول تمیز کننده مانند SC1، SC2، DHF، BHF و غیره تشکیل دهید.

تمیز کردن اغلب در فرآیند قبل از رسوب فیلم اکسید استفاده می شود، زیرا آماده سازی فیلم اکسیدی باید روی سطح ویفر سیلیکونی کاملاً تمیز انجام شود. فرآیند معمول تمیز کردن ویفر سیلیکونی به شرح زیر است:

2.2 اچ کردن خشک الفnd تمیز کردن

2.2.1 حکاکی خشک

اچ خشک در صنعت عمدتاً به اچ پلاسما اشاره دارد که از پلاسما با فعالیت افزایش یافته برای اچ کردن مواد خاص استفاده می کند. سیستم تجهیزات در فرآیندهای تولید در مقیاس بزرگ از پلاسمای غیرتعادلی با دمای پایین استفاده می کند.
اچ پلاسما عمدتا از دو حالت تخلیه استفاده می کند: تخلیه همراه خازنی و تخلیه همراه القایی

در حالت تخلیه کوپل شده خازنی: پلاسما در دو خازن صفحه موازی توسط منبع تغذیه فرکانس رادیویی خارجی (RF) تولید و نگهداری می شود. فشار گاز معمولاً چند میلی‌تور تا ده‌ها میلی‌تور است و نرخ یونیزاسیون کمتر از 10-5 است. در حالت تخلیه جفت شده القایی: معمولاً در فشار گاز کمتر (ده ها میلیتور)، پلاسما توسط انرژی ورودی جفت شده القایی تولید و حفظ می شود. سرعت یونیزاسیون معمولاً بیشتر از 10-5 است، بنابراین به آن پلاسما با چگالی بالا نیز می گویند. منابع پلاسمایی با چگالی بالا را می توان از طریق تشدید سیکلوترون الکترونی و تخلیه موج سیکلوترون نیز بدست آورد. پلاسمای با چگالی بالا می‌تواند سرعت اچ و گزینش‌پذیری فرآیند اچ را با کنترل مستقل جریان یون و انرژی بمباران یونی از طریق منبع تغذیه خارجی RF یا مایکروویو و منبع تغذیه بایاس RF روی زیرلایه، بهینه‌سازی کند و در عین حال آسیب حکاکی را کاهش دهد.

فرآیند اچ کردن خشک به شرح زیر است: گاز اچ به داخل محفظه واکنش خلاء تزریق می شود و پس از تثبیت فشار در محفظه واکنش، پلاسما با تخلیه درخشش فرکانس رادیویی تولید می شود. پس از تحت تاثیر قرار گرفتن توسط الکترون‌های پرسرعت، تجزیه می‌شود و رادیکال‌های آزاد تولید می‌کند که در سطح زیرلایه پخش شده و جذب می‌شوند. تحت عمل بمباران یونی، رادیکال‌های آزاد جذب شده با اتم‌ها یا مولکول‌های روی سطح زیرلایه واکنش داده و محصولات فرعی گازی را تشکیل می‌دهند که از محفظه واکنش تخلیه می‌شوند. فرآیند در شکل زیر نشان داده شده است:

 
فرآیندهای اچینگ خشک را می توان به چهار دسته زیر تقسیم کرد:

(1)حکاکی با کندوپاش فیزیکی: عمدتاً به یونهای پرانرژی موجود در پلاسما برای بمباران سطح مواد اچ شده متکی است. تعداد اتم های پراکنده شده بستگی به انرژی و زاویه ذرات فرود دارد. هنگامی که انرژی و زاویه بدون تغییر باقی می ماند، سرعت کندوپاش مواد مختلف معمولاً تنها 2 تا 3 برابر متفاوت است، بنابراین انتخاب پذیری وجود ندارد. فرآیند واکنش عمدتاً ناهمسانگرد است.

(2)حکاکی شیمیایی: پلاسما اتم ها و مولکول های حکاکی کننده فاز گاز را فراهم می کند که با سطح ماده واکنش شیمیایی می دهند و گازهای فرار تولید می کنند. این واکنش صرفاً شیمیایی دارای گزینش پذیری خوبی است و بدون در نظر گرفتن ساختار شبکه ویژگی های همسانگرد را نشان می دهد.

به عنوان مثال: Si (جامد) + 4F → SiF4 (گاز)، مقاوم به نور + O (گاز) → CO2 (گاز) + H2O (گاز)

(3)حکاکی مبتنی بر انرژی یونی: یون ها هر دو ذرات هستند که باعث اچ و ذرات حامل انرژی می شوند. راندمان حکاکی چنین ذرات حامل انرژی بیش از یک مرتبه بزرگتر از حکاکی ساده فیزیکی یا شیمیایی است. در این میان، بهینه سازی پارامترهای فیزیکی و شیمیایی فرآیند، هسته اصلی کنترل فرآیند اچ است.

(4)حکاکی کامپوزیت سد یونی: عمدتاً به تولید یک لایه محافظ پلیمری توسط ذرات کامپوزیت در طی فرآیند اچ اشاره دارد. پلاسما به چنین لایه محافظی نیاز دارد تا از واکنش اچینگ دیواره های جانبی در طول فرآیند اچینگ جلوگیری کند. به عنوان مثال، افزودن C به اچینگ Cl و Cl2 می تواند یک لایه ترکیبی کلروکربن در حین اچ ایجاد کند تا دیواره های جانبی را از اچ شدن محافظت کند.

2.2.1 خشک شویی
تمیز کردن خشک عمدتاً به تمیز کردن پلاسما اشاره دارد. یون‌های پلاسما برای بمباران سطحی که قرار است تمیز شود استفاده می‌شود و اتم‌ها و مولکول‌ها در حالت فعال با سطحی که قرار است تمیز شوند برهم‌کنش می‌کنند تا مقاومت نوری را از بین ببرند و خاکستر کنند. بر خلاف حکاکی خشک، پارامترهای فرآیند خشکشویی معمولاً شامل انتخاب جهتی نیستند، بنابراین طراحی فرآیند نسبتاً ساده است. در فرآیندهای تولید در مقیاس بزرگ، گازهای مبتنی بر فلوئور، اکسیژن یا هیدروژن عمدتاً به عنوان بدنه اصلی پلاسمای واکنش استفاده می‌شوند. علاوه بر این، افزودن مقدار معینی از پلاسمای آرگون می تواند اثر بمباران یونی را افزایش دهد و در نتیجه کارایی تمیز کردن را بهبود بخشد.

در فرآیند خشکشویی پلاسما، معمولا از روش پلاسما از راه دور استفاده می شود. این به این دلیل است که در فرآیند تمیز کردن، امید است که اثر بمباران یون‌های پلاسما برای کنترل آسیب‌های ناشی از بمباران یونی کاهش یابد. و واکنش افزایش یافته رادیکال های آزاد شیمیایی می تواند کارایی تمیز کردن را بهبود بخشد. پلاسمای راه دور می تواند از امواج مایکروویو برای تولید پلاسمای پایدار و با چگالی بالا در خارج از محفظه واکنش استفاده کند و تعداد زیادی رادیکال آزاد تولید کند که وارد محفظه واکنش می شوند تا به واکنش مورد نیاز برای تمیز کردن دست یابند. بیشتر منابع گاز خشکشویی در صنعت از گازهای مبتنی بر فلوئور مانند NF3 استفاده می کنند و بیش از 99 درصد NF3 در پلاسما مایکروویو تجزیه می شود. تقریباً هیچ اثر بمباران یونی در فرآیند تمیز کردن خشک وجود ندارد، بنابراین محافظت از ویفر سیلیکونی در برابر آسیب و افزایش عمر محفظه واکنش مفید است.

 
سه دستگاه حکاکی مرطوب و تمیز کردن

3.1 دستگاه شستشوی ویفر نوع مخزن
ماشین تمیز کردن ویفر نوع trough عمدتاً از یک ماژول انتقال جعبه انتقال ویفر با بازشو جلو، یک ماژول انتقال بارگیری/تخلیه ویفر، یک ماژول ورودی هوای خروجی، یک ماژول مخزن مایع شیمیایی، یک ماژول مخزن آب دیونیزه، یک مخزن خشک کردن تشکیل شده است. ماژول و یک ماژول کنترل این می تواند چندین جعبه ویفر را به طور همزمان تمیز کند و می تواند به خشک شدن و خشک شدن ویفرها دست یابد.

3.2 حکاکی ویفر ترانچ

3.3 تجهیزات پردازش مرطوب تک ویفر

با توجه به اهداف مختلف فرآیند، تجهیزات فرآیند مرطوب تک ویفر را می توان به سه دسته تقسیم کرد. دسته اول تجهیزات تمیز کردن ویفر تکی است که اهداف تمیز کردن آن شامل ذرات، مواد آلی، لایه اکسید طبیعی، ناخالصی های فلزی و سایر آلاینده ها می باشد. دسته دوم تجهیزات شستشوی تک ویفر است که هدف اصلی آنها حذف ذرات روی سطح ویفر است. دسته سوم تجهیزات حکاکی تک ویفر است که عمدتاً برای حذف لایه های نازک استفاده می شود. با توجه به اهداف مختلف فرآیند، تجهیزات حک ویفر تک را می توان به دو نوع تقسیم کرد. نوع اول، تجهیزات حکاکی ملایم است که عمدتاً برای حذف لایه های آسیب فیلم سطحی ناشی از کاشت یون پر انرژی استفاده می شود. نوع دوم تجهیزات حذف لایه قربانی است که عمدتاً برای حذف لایه های مانع پس از نازک شدن ویفر یا پرداخت مکانیکی شیمیایی استفاده می شود.

از منظر معماری کلی ماشین، معماری پایه انواع تجهیزات فرآیند مرطوب تک ویفر مشابه است، به طور کلی از شش قسمت تشکیل شده است: قاب اصلی، سیستم انتقال ویفر، ماژول محفظه، ماژول تامین و انتقال مایع شیمیایی، سیستم نرم افزاری. و ماژول کنترل الکترونیکی

3.4 تجهیزات تمیز کردن ویفر تکی
تجهیزات تمیز کردن ویفر تک بر اساس روش تمیز کردن سنتی RCA طراحی شده است و هدف فرآیند آن تمیز کردن ذرات، مواد آلی، لایه اکسید طبیعی، ناخالصی های فلزی و سایر آلاینده ها است. از نظر کاربرد فرآیند، تجهیزات تمیز کردن تک ویفر در حال حاضر به طور گسترده در فرآیندهای جلویی و پشتی تولید مدار مجتمع، از جمله تمیز کردن قبل و بعد از تشکیل فیلم، تمیز کردن پس از اچ پلاسما، تمیز کردن پس از کاشت یون، تمیز کردن بعد از مواد شیمیایی استفاده می شود. پرداخت مکانیکی و تمیز کردن پس از رسوب فلز. به جز فرآیند اسید فسفریک با دمای بالا، تجهیزات تمیز کردن ویفر منفرد اساساً با تمام فرآیندهای تمیز کردن سازگار است.

3.5 تجهیزات حکاکی ویفر تکی
هدف فرآیند تجهیزات حکاکی تک ویفر عمدتاً اچ کردن فیلم نازک است. با توجه به هدف فرآیند، می توان آن را به دو دسته تقسیم کرد، یعنی تجهیزات حکاکی نور (که برای حذف لایه آسیب لایه سطحی ناشی از کاشت یون پر انرژی استفاده می شود) و تجهیزات حذف لایه قربانی (برای برداشتن لایه مانع پس از ویفر استفاده می شود. نازک شدن یا پرداخت مکانیکی شیمیایی). موادی که در این فرآیند باید حذف شوند عموماً شامل سیلیکون، اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون و لایه‌های فیلم فلزی است.
 

چهار دستگاه حکاکی خشک و تمیز کردن

4.1 طبقه بندی تجهیزات اچ پلاسما
علاوه بر تجهیزات اچینگ کندوپاش یونی که نزدیک به واکنش فیزیکی خالص هستند و تجهیزات صمغ زدایی که نزدیک به واکنش شیمیایی خالص هستند، اچ پلاسما را می توان با توجه به فناوری های مختلف تولید و کنترل پلاسما به دو دسته تقسیم کرد:
اچ کردن پلاسمای جفت شده خازنی (CCP).
- اچینگ پلاسمای جفت شده القایی (ICP).

4.1.1 CCP
اچینگ پلاسما کوپل شده خازنی برای اتصال منبع تغذیه فرکانس رادیویی به یک یا هر دو الکترود بالا و پایین در محفظه واکنش است و پلاسما بین دو صفحه یک خازن را در یک مدار معادل ساده شده تشکیل می دهد.

دو فناوری اولیه از این دست وجود دارد:

یکی اچینگ پلاسما اولیه است که منبع تغذیه RF را به الکترود بالایی متصل می کند و الکترود پایینی که ویفر در آن قرار دارد به زمین متصل می شود. از آنجایی که پلاسمای تولید شده به این روش یک غلاف یونی به اندازه کافی ضخیم روی سطح ویفر تشکیل نمی دهد، انرژی بمباران یونی کم است و معمولاً در فرآیندهایی مانند اچ سیلیکونی که از ذرات فعال به عنوان اچانت اصلی استفاده می شود، استفاده می شود.

دیگری حکاکی یون واکنشی اولیه (RIE) است که منبع تغذیه RF را به الکترود پایینی که ویفر در آن قرار دارد متصل می کند و الکترود بالایی را با یک منطقه بزرگتر زمین می کند. این فناوری می‌تواند غلاف یونی ضخیم‌تری را تشکیل دهد که برای فرآیندهای اچ دی الکتریک که برای شرکت در واکنش به انرژی یونی بالاتری نیاز دارند، مناسب است. بر اساس اچ کردن یون واکنشی اولیه، یک میدان مغناطیسی DC عمود بر میدان الکتریکی RF برای تشکیل رانش ExB اضافه می‌شود که می‌تواند شانس برخورد الکترون‌ها و ذرات گاز را افزایش دهد و در نتیجه غلظت پلاسما و سرعت اچ را به طور موثر بهبود بخشد. این اچینگ، حکاکی یونی واکنشی با میدان مغناطیسی تقویت شده (MERIE) نامیده می شود.

سه فناوری فوق یک نقطه ضعف مشترک دارند، یعنی نمی توان غلظت پلاسما و انرژی آن را به طور جداگانه کنترل کرد. به عنوان مثال برای افزایش سرعت اچینگ می توان از روش افزایش توان RF برای افزایش غلظت پلاسما استفاده کرد، اما افزایش توان RF به ناچار منجر به افزایش انرژی یونی می شود که باعث آسیب به دستگاه های موجود می شود. ویفر در دهه گذشته، فناوری کوپلینگ خازنی طرحی از چندین منبع RF را اتخاذ کرده است که به ترتیب به الکترودهای بالایی و پایینی یا هر دو به الکترود پایین متصل می شوند.

با انتخاب و تطبیق فرکانس های مختلف RF، سطح الکترود، فاصله، مواد و سایر پارامترهای کلیدی با یکدیگر هماهنگ می شوند، غلظت پلاسما و انرژی یون را می توان تا حد امکان جدا کرد.

4.1.2 ICP

اچ پلاسمای جفت شده القایی عبارت است از قرار دادن یک یا چند مجموعه سیم پیچ متصل به منبع تغذیه فرکانس رادیویی روی یا اطراف محفظه واکنش. میدان مغناطیسی متناوب تولید شده توسط جریان فرکانس رادیویی در سیم پیچ از طریق پنجره دی الکتریک وارد محفظه واکنش می شود تا الکترون ها را شتاب دهد و در نتیجه پلاسما تولید کند. در یک مدار معادل ساده شده (ترانسفورماتور)، سیم پیچ القایی سیم پیچ اولیه و پلاسما اندوکتانس سیم پیچ ثانویه است.

این روش کوپلینگ می‌تواند به غلظت پلاسمایی دست یابد که بیش از یک مرتبه بزرگتر از جفت خازنی در فشار پایین است. علاوه بر این، منبع تغذیه RF دوم به عنوان منبع تغذیه بایاس به محل ویفر متصل می شود تا انرژی بمباران یونی را فراهم کند. بنابراین، غلظت یون به منبع تغذیه سیم پیچ و انرژی یون به منبع تغذیه بایاس بستگی دارد، در نتیجه به تفکیک کامل تر غلظت و انرژی دست می یابد.

4.2 تجهیزات اچ پلاسما
تقریباً تمام اچ ها در اچینگ خشک به طور مستقیم یا غیرمستقیم از پلاسما تولید می شوند، بنابراین اچ خشک اغلب اچ پلاسما نامیده می شود. پلاسما اچینگ نوعی اچ پلاسما به معنای وسیع است. در دو طرح اولیه راکتور صفحه تخت، یکی برای زمین کردن صفحه ای است که ویفر در آن قرار دارد و صفحه دیگر به منبع RF متصل می شود. دیگری برعکس است. در طرح قبلی، مساحت صفحه زمین شده معمولاً بزرگتر از سطح صفحه متصل به منبع RF است و فشار گاز در راکتور زیاد است. غلاف یونی تشکیل شده روی سطح ویفر بسیار نازک است و به نظر می رسد ویفر در پلاسما "غوطه ور" شده است. اچینگ عمدتاً با واکنش شیمیایی بین ذرات فعال پلاسما و سطح ماده اچ شده تکمیل می شود. انرژی بمباران یونی بسیار کم است و مشارکت آن در اچ بسیار کم است. به این طرح حالت اچ پلاسما می گویند. در طرحی دیگر، به دلیل اینکه درجه مشارکت بمباران یونی نسبتاً زیاد است، به آن حالت اچ یون واکنشی می گویند.

4.3 تجهیزات حکاکی یون راکتیو

حکاکی یون واکنشی (RIE) به فرآیند اچ اطلاق می شود که در آن ذرات فعال و یون های باردار به طور همزمان در این فرآیند شرکت می کنند. در میان آنها، ذرات فعال عمدتاً ذرات خنثی (همچنین به عنوان رادیکال های آزاد شناخته می شوند)، با غلظت بالا (حدود 1٪ تا 10٪ غلظت گاز) هستند که اجزای اصلی اچانت هستند. محصولات تولید شده توسط واکنش شیمیایی بین آنها و مواد اچ شده یا تبخیر شده و مستقیماً از محفظه واکنش استخراج می شوند یا روی سطح اچ شده تجمع می یابند. در حالی که یون های باردار در غلظت کمتری هستند (10-4 تا 10-3 غلظت گاز)، و توسط میدان الکتریکی غلاف یونی تشکیل شده روی سطح ویفر برای بمباران سطح اچ شتاب می گیرند. ذرات باردار دو وظیفه اصلی دارند. یکی از بین بردن ساختار اتمی ماده حکاکی شده و در نتیجه تسریع سرعت واکنش ذرات فعال با آن است. دیگری بمباران و حذف محصولات واکنش انباشته شده است به طوری که مواد حکاکی شده در تماس کامل با ذرات فعال باشد تا اچینگ ادامه یابد.

از آنجایی که یون‌ها مستقیماً در واکنش اچ کردن شرکت نمی‌کنند (یا سهم بسیار کمی را شامل می‌شوند، مانند حذف بمباران فیزیکی و اچ شیمیایی مستقیم یون‌های فعال)، به‌طور دقیق، فرآیند اچینگ فوق را باید اچ کردن به کمک یون نامید. نام حکاکی یون واکنشی دقیق نیست، اما هنوز هم امروزه استفاده می شود. اولین تجهیزات RIE در دهه 1980 مورد استفاده قرار گرفت. به دلیل استفاده از یک منبع تغذیه RF منفرد و طراحی نسبتا ساده محفظه واکنش، محدودیت هایی از نظر سرعت اچینگ، یکنواختی و انتخاب پذیری دارد.

4.4 تجهیزات حکاکی یون واکنشی تقویت شده میدان مغناطیسی

دستگاه MERIE (Etching Ion Reactive Enhanced Magneticly Enhanced Magnetically Etching Ion Reactive Etching) یک دستگاه اچ است که با افزودن میدان مغناطیسی DC به دستگاه RIE صفحه تخت ساخته می شود و برای افزایش سرعت اچ در نظر گرفته شده است.

تجهیزات MERIE در مقیاس وسیع در دهه 1990 مورد استفاده قرار گرفت، زمانی که تجهیزات حکاکی تک ویفر به تجهیزات اصلی در صنعت تبدیل شدند. بزرگترین نقطه ضعف تجهیزات MERIE این است که ناهمگونی توزیع فضایی غلظت پلاسما ناشی از میدان مغناطیسی منجر به اختلاف جریان یا ولتاژ در دستگاه مدار مجتمع می شود و در نتیجه باعث آسیب دستگاه می شود. از آنجایی که این آسیب ناشی از ناهمگنی آنی است، چرخش میدان مغناطیسی نمی تواند آن را از بین ببرد. همانطور که اندازه مدارهای مجتمع همچنان در حال کوچک شدن است، آسیب دستگاه آنها به طور فزاینده ای به ناهمگنی پلاسما حساس می شود و فناوری افزایش نرخ اچ با افزایش میدان مغناطیسی به تدریج با فناوری اچینگ یون راکتیو مسطح منبع تغذیه چند RF جایگزین شده است. فناوری اچ پلاسما جفت شده خازنی است.

4.5 تجهیزات اچ پلاسما جفت شده خازنی

تجهیزات اچینگ پلاسمای جفت شده خازنی (CCP) دستگاهی است که پلاسما را در محفظه واکنش از طریق کوپلینگ خازنی با اعمال منبع تغذیه فرکانس رادیویی (یا DC) به صفحه الکترود تولید می کند و برای اچینگ استفاده می شود. اصل اچینگ آن شبیه به تجهیزات اچینگ یونی راکتیو است.

نمودار شماتیک ساده شده تجهیزات اچینگ CCP در زیر نشان داده شده است. به طور کلی از دو یا سه منبع RF با فرکانس های مختلف استفاده می کند و برخی نیز از منابع تغذیه DC استفاده می کنند. فرکانس منبع تغذیه RF 800 کیلوهرتز ~ 162 مگاهرتز است و رایج ترین آنها 2 مگاهرتز، 4 مگاهرتز، 13 مگاهرتز، 27 مگاهرتز، 40 مگاهرتز و 60 مگاهرتز هستند. منابع تغذیه RF با فرکانس 2 مگاهرتز یا 4 مگاهرتز معمولاً منابع RF فرکانس پایین نامیده می شوند. آنها به طور کلی به الکترود پایینی که ویفر در آن قرار دارد متصل می شوند. آنها در کنترل انرژی یون موثرتر هستند، بنابراین آنها را منبع تغذیه بایاس نیز می نامند. منابع تغذیه RF با فرکانس بالای 27 مگاهرتز، منابع RF فرکانس بالا نامیده می شوند. آنها را می توان به الکترود بالایی یا الکترود پایینی متصل کرد. آنها در کنترل غلظت پلاسما موثرتر هستند، بنابراین به آنها منبع تغذیه منبع نیز می گویند. منبع تغذیه RF 13 مگاهرتز در وسط قرار دارد و به طور کلی هر دو عملکرد فوق را دارد اما نسبتا ضعیف تر است. توجه داشته باشید که اگرچه غلظت و انرژی پلاسما را می توان در محدوده مشخصی توسط قدرت منابع RF فرکانس های مختلف تنظیم کرد (به اصطلاح اثر جداسازی)، به دلیل ویژگی های کوپلینگ خازنی، نمی توان آنها را به طور کاملا مستقل تنظیم و کنترل کرد.

توزیع انرژی یون ها تأثیر قابل توجهی بر عملکرد دقیق اچینگ و آسیب دستگاه دارد، بنابراین توسعه فناوری برای بهینه سازی توزیع انرژی یونی به یکی از نکات کلیدی تجهیزات پیشرفته اچ تبدیل شده است. در حال حاضر، فناوری‌هایی که با موفقیت در تولید مورد استفاده قرار گرفته‌اند عبارتند از: درایو هیبریدی چند RF، برهم‌نهی DC، RF ترکیب شده با بایاس پالس DC و خروجی پالس RF همزمان منبع تغذیه بایاس و منبع تغذیه.

تجهیزات اچ CCP یکی از دو نوع پرکاربرد تجهیزات اچ پلاسما است. این عمدتا در فرآیند اچ کردن مواد دی الکتریک، مانند اچ کردن دیواره جانبی دروازه و ماسک سخت در مرحله جلویی فرآیند تراشه منطقی، اچ کردن سوراخ تماس در مرحله میانی، اچ کردن موزاییک و پد آلومینیومی در مرحله پشتی و همچنین استفاده می شود. حکاکی ترانشه های عمیق، سوراخ های عمیق و سوراخ های تماس سیم کشی در فرآیند تراشه حافظه فلش سه بعدی (در نظر گرفتن ساختار نیترید سیلیکون / اکسید سیلیکون به عنوان یک مثال).

دو چالش اصلی و جهت بهبود تجهیزات حکاکی CCP وجود دارد. اول، در کاربرد انرژی یونی بسیار بالا، قابلیت اچ کردن ساختارهای با نسبت تصویر بالا (مانند حکاکی سوراخ و شیار فلش مموری سه بعدی به نسبتی بالاتر از 50:1 نیاز دارد). روش فعلی افزایش توان بایاس برای افزایش انرژی یونی از منابع تغذیه RF تا 10000 وات استفاده می کند. با توجه به مقدار زیاد گرمای تولید شده، فن آوری خنک کننده و کنترل دما در محفظه واکنش نیاز به بهبود مستمر دارد. دوم، نیاز به پیشرفتی در توسعه گازهای حکاکی جدید برای حل اساسی مشکل قابلیت اچینگ وجود دارد.

4.6 تجهیزات اچ پلاسمای جفت شده القایی

تجهیزات اچینگ پلاسمای جفت شده القایی (ICP) دستگاهی است که انرژی منبع توان فرکانس رادیویی را به یک محفظه واکنش به شکل میدان مغناطیسی از طریق یک سیم پیچ سلف جفت می کند و در نتیجه پلاسما را برای اچ تولید می کند. اصل اچینگ آن نیز به اچینگ یون واکنشی تعمیم یافته تعلق دارد.

دو نوع اصلی طراحی منبع پلاسما برای تجهیزات حکاکی ICP وجود دارد. یکی از آنها فناوری پلاسمای جفت شده با ترانسفورماتور (TCP) است که توسط Lam Research توسعه و تولید شده است. سیم پیچ سلف آن بر روی صفحه پنجره دی الکتریک بالای محفظه واکنش قرار می گیرد. سیگنال RF 13.56 مگاهرتز یک میدان مغناطیسی متناوب در سیم پیچ ایجاد می کند که عمود بر پنجره دی الکتریک است و به صورت شعاعی با محور سیم پیچ به عنوان مرکز واگرا می شود.

میدان مغناطیسی از طریق پنجره دی الکتریک وارد محفظه واکنش می شود و میدان مغناطیسی متناوب یک میدان الکتریکی متناوب موازی با پنجره دی الکتریک در محفظه واکنش ایجاد می کند و در نتیجه به تجزیه گاز اچ و تولید پلاسما می رسد. از آنجایی که این اصل را می توان به عنوان یک ترانسفورماتور با سیم پیچ سلف به عنوان سیم پیچ اولیه و پلاسما در محفظه واکنش به عنوان سیم پیچ ثانویه درک کرد، اچ ICP به این نام خوانده می شود.

مزیت اصلی فناوری TCP این است که ساختار آن به راحتی قابل افزایش است. برای مثال، از یک ویفر 200 میلی‌متری تا یک ویفر 300 میلی‌متری، TCP می‌تواند همان اثر اچینگ را با افزایش اندازه سیم‌پیچ حفظ کند.

یکی دیگر از طراحی‌های منبع پلاسما، فناوری منبع پلاسمای جداشده (DPS) است که توسط Applied Materials، Inc. ایالات متحده توسعه و تولید شده است. سیم پیچ سلف آن به صورت سه بعدی بر روی یک پنجره دی الکتریک نیمکره پیچیده شده است. اصل تولید پلاسما شبیه به فناوری TCP فوق الذکر است، اما راندمان تفکیک گاز نسبتاً بالا است، که منجر به دستیابی به غلظت پلاسمایی بالاتر می شود.

از آنجایی که راندمان کوپلینگ القایی برای تولید پلاسما بیشتر از کوپلینگ خازنی است و پلاسما عمدتاً در ناحیه نزدیک به پنجره دی الکتریک تولید می شود، غلظت پلاسمای آن اساساً با قدرت منبع تغذیه منبع متصل به سلف تعیین می شود. سیم پیچ، و انرژی یونی در غلاف یونی روی سطح ویفر اساساً توسط قدرت منبع تغذیه بایاس تعیین می شود، بنابراین غلظت و انرژی یون ها را می توان به طور مستقل کنترل کرد و در نتیجه به جداسازی دست یافت.

تجهیزات حکاکی ICP یکی از دو نوع پرکاربرد تجهیزات اچ پلاسما است. عمدتاً برای حکاکی ترانشه های کم عمق سیلیکونی، ژرمانیوم (Ge)، سازه های دروازه پلی سیلیکونی، سازه های دروازه فلزی، سیلیکون کشیده شده (Strained-Si)، سیم های فلزی، پدهای فلزی (پدها)، ماسک های سخت فلزی حکاکی موزاییکی و فرآیندهای متعدد در تکنولوژی تصویربرداری چندگانه

علاوه بر این، با ظهور مدارهای مجتمع سه بعدی، حسگرهای تصویر CMOS و سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (MEMS)، و همچنین افزایش سریع کاربرد ویوهای سیلیکونی (TSV)، سوراخ‌های مورب با اندازه بزرگ و اچ کردن سیلیکون عمیق با مورفولوژی های مختلف، بسیاری از تولید کنندگان تجهیزات اچینگ را که به طور خاص برای این کاربردها توسعه یافته اند، راه اندازی کرده اند. ویژگی های آن عمق حکاکی زیاد (ده ها یا حتی صدها میکرون) است، بنابراین بیشتر تحت شرایط جریان گاز بالا، فشار بالا و قدرت بالا کار می کند.

—————————————————————————————————————————————————— ————————————

Semicera می تواند ارائه دهدقطعات گرافیت, نمد نرم / سفت, قطعات کاربید سیلیکون, قطعات کاربید سیلیکون CVD، وقطعات با پوشش SiC/TaCبا در 30 روز

اگر به محصولات نیمه هادی فوق علاقه مند هستید،لطفا در اولین بار با ما تماس بگیرید.

تلفن: +86-13373889683

WhatsAPP: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com