Sauso oforto technologijos supratimas puslaidininkių pramonėje

Odinimas reiškia atrankinio medžiagos pašalinimo fizinėmis ar cheminėmis priemonėmis techniką, kad būtų pasiekti suprojektuoti struktūriniai modeliai.

Šiuo metu daugelis puslaidininkinių įrenginių naudoja mesa įrenginio struktūras, kurios daugiausia sukuriamos naudojant dviejų tipų ėsdinimą:šlapias ofortas ir sausas ofortas. Nors paprastas ir greitas šlapias ėsdinimas vaidina svarbų vaidmenį puslaidininkinių įtaisų gamyboje, jis turi būdingų trūkumų, tokių kaip izotropinis ėsdinimas ir prastas vienodumas, dėl kurių perkeliant mažo dydžio raštus yra ribota kontrolė. Tačiau sausas ėsdinimas, pasižymintis didele anizotropija, geru vienodumu ir pakartojamumu, tapo svarbiu puslaidininkinių įtaisų gamybos procesuose. Sąvoka „sausasis ėsdinimas“ iš esmės reiškia bet kokią ne šlapio ėsdinimo technologiją, naudojamą paviršiaus medžiagoms pašalinti ir mikro bei nano modeliams perkelti, įskaitant ėsdinimą lazeriu, ėsdinimą plazma ir cheminį ėsdinimą garais. Šiame tekste aptariamas sausas ėsdinimas konkrečiai susijęs su siauru procesų taikymu, naudojant plazmos išlydį (fizinį ar cheminį) medžiagų paviršiams modifikuoti. Ji apima keletą įprastų pramoninių ėsdinimo technologijų, įskaitantJonų pluošto ėsdinimas (IBE), reaktyvusis jonų ėsdinimas (RIE), elektronų ciklotronų rezonanso (ECR) ėsdinimas plazmoje ir induktyviai susietos plazmos (ICP) ėsdinimas.

1. Jonų pluošto ėsdinimas (IBE)

Taip pat žinomas kaip jonų malimas, IBE buvo sukurtas aštuntajame dešimtmetyje kaip grynai fizinis ėsdinimo metodas. Procesas apima jonų pluoštus, sukurtus iš inertinių dujų (pvz., Ar, Xe), kurias pagreitina įtampa, kad bombarduotų tikslinės medžiagos paviršių. Jonai perduoda energiją paviršiaus atomams, todėl tie, kurių energija viršija jų surišimo energiją, nuslūgsta. Šis metodas naudoja pagreitintą įtampą, kad būtų galima valdyti jonų pluošto kryptį ir energiją, todėl gaunama puiki ėsdinimo anizotropija ir greičio valdymas. Nors jis idealiai tinka ėsdinti chemiškai stabilias medžiagas, tokias kaip keramika ir tam tikri metalai, storesnių kaukių poreikis gilesniam ėsdinimui gali pakenkti ėsdinimo tikslumui, o bombardavimas didelės energijos jonais gali sukelti neišvengiamą elektros žalą dėl grotelių sutrikimų.

2. Reaktyvusis jonų ėsdinimas (RIE)

Sukurta iš IBE, RIE sujungia chemines reakcijas su fiziniu jonų bombardavimu. Palyginti su IBE, RIE siūlo didesnį ėsdinimo greitį ir puikią anizotropiją bei vienodumą dideliuose plotuose, todėl tai yra vienas plačiausiai naudojamų ėsdinimo metodų mikro ir nano gamyboje. Procesas apima radijo dažnio (RF) įtampos taikymą lygiagrečių plokščių elektrodams, todėl kameroje esantys elektronai pagreitina ir jonizuoja reakcijos dujas, todėl vienoje plokštelių pusėje susidaro stabili plazmos būsena. Plazma turi teigiamą potencialą, nes elektronai pritraukiami prie katodo ir yra įžeminti prie anodo, taip sukuriant elektrinį lauką visoje kameroje. Teigiamai įkrauta plazma įsibėgėja link su katodu susieto pagrindo, efektyviai jį išgraviruodama.

Odinimo proceso metu kameroje palaikoma žemo slėgio aplinka (0,1-10 Pa), kuri padidina reakcijos dujų jonizacijos greitį ir pagreitina cheminės reakcijos procesą substrato paviršiuje. Paprastai RIE procesas reikalauja, kad šalutiniai reakcijos produktai būtų lakūs, kad juos efektyviai pašalintų vakuuminė sistema, užtikrinant aukštą ėsdinimo tikslumą. RF galios lygis tiesiogiai nustato plazmos tankį ir pagreičio poslinkio įtampą, taip valdydamas ėsdinimo greitį. Tačiau, padidindamas plazmos tankį, RIE taip pat padidina poslinkio įtampą, o tai gali pažeisti grotelę ir sumažinti kaukės selektyvumą, taip apribodama ėsdinimo programas. Sparčiai plėtojant didelio masto integrinius grandynus ir mažėjant tranzistorių dydžiui, mikro ir nano gamyboje atsirado didesnis tikslumo ir kraštinių santykių poreikis, todėl atsirado didelio tankio plazmos sauso ėsdinimo technologijos, naujų galimybių elektroninių informacinių technologijų pažangai.

3. Elektronų ciklotronų rezonanso (ECR) plazminis ėsdinimas

ECR technologija, ankstyvas metodas, skirtas didelio tankio plazmai pasiekti, naudoja mikrobangų energiją, kad rezonuotų su elektronais kameroje, o ją sustiprina išoriškai pritaikytas dažnio derinimo magnetinis laukas, kad sukeltų elektronų ciklotronų rezonansą. Šiuo metodu pasiekiamas žymiai didesnis plazmos tankis nei RIE, padidinant ėsdinimo greitį ir kaukės selektyvumą, taip palengvinant itin didelio formato struktūrų ėsdinimą. Tačiau sistemos, kuri priklauso nuo suderintos mikrobangų šaltinių, RF šaltinių ir magnetinių laukų funkcijos, sudėtingumas kelia veiklos iššūkių. Netrukus atsirado induktyviai susietos plazmos (ICP) ėsdinimas kaip supaprastinimas, palyginti su ECR.

4. Induktyviai susietos plazmos (ICP) ėsdinimas

ICP ėsdinimo technologija supaprastina sistemą, pagrįstą ECR technologija, naudodama du 13,56 MHz RF šaltinius plazmos generavimui ir pagreičio poslinkio įtampai valdyti. Vietoj išorinio magnetinio lauko, naudojamo ECR, spiralinė ritė sukelia kintamąjį elektromagnetinį lauką, kaip parodyta schemoje. RD šaltiniai per elektromagnetinį ryšį perduoda energiją vidiniams elektronams, kurie juda ciklotronu indukuotame lauke, susidurdami su reakcijos dujomis ir sukelia jonizaciją. Šia sąranka pasiekiamas plazmos tankis, panašus į ECR. ICP ėsdinimas apjungia įvairių ėsdinimo sistemų privalumus, atitinkančius didelio ėsdinimo greičio, didelio selektyvumo, didelio ploto vienodumo ir paprastos, valdomos įrangos struktūros poreikius, todėl greitai tampa pageidaujamu pasirinkimu naujos kartos didelio tankio plazminio ėsdinimo technologijoms. .

5. Sauso oforto charakteristikos

Sauso ėsdinimo technologija greitai užėmė pagrindinę vietą mikro ir nanogamyboje dėl puikios anizotropijos ir didelio ėsdinimo greičio, pakeičiančio šlapiąjį ėsdinimą. Geros sauso ėsdinimo technologijos vertinimo kriterijai apima kaukės selektyvumą, anizotropiją, ėsdinimo greitį, bendrą vienodumą ir paviršiaus lygumą dėl grotelių pažeidimo. Atsižvelgiant į daugelį vertinimo kriterijų, reikia atsižvelgti į konkrečią situaciją, atsižvelgiant į gamybos poreikius. Tiesiausi sauso ėsdinimo rodikliai yra paviršiaus morfologija, įskaitant išgraviruotų grindų ir šoninių sienelių lygumą ir išgraviruotų terasų anizotropiją, kurią galima valdyti reguliuojant cheminių reakcijų ir fizinio bombardavimo santykį. Mikroskopinis apibūdinimas po ėsdinimo paprastai atliekamas naudojant skenuojančią elektronų mikroskopiją ir atominės jėgos mikroskopiją. Kaukės selektyvumas, kuris yra kaukės ėsdinimo gylio ir medžiagos gylio santykis tomis pačiomis ėsdinimo sąlygomis ir laiku, yra labai svarbus. Paprastai kuo didesnis selektyvumas, tuo geresnis modelio perdavimo tikslumas. Įprastos ICP ėsdinimo kaukės yra fotorezistas, metalai ir dielektrinės plėvelės. Fotorezistas turi prastą selektyvumą ir gali suirti aukštoje temperatūroje arba energingai bombarduojant; metalai pasižymi dideliu selektyvumu, bet kelia iššūkių nuimant kaukę ir dažnai reikalauja kelių sluoksnių maskavimo būdų. Be to, metalinės kaukės gali prilipti prie šoninių sienelių ėsdinimo metu, sudarydamos nuotėkio kelius. Todėl ėsdinant ypač svarbu pasirinkti tinkamą kaukės technologiją, o kaukės medžiagos turėtų būti parenkamos atsižvelgiant į konkrečius prietaisų veikimo reikalavimus.**