Працэс сухога тручэння звычайна складаецца з чатырох асноўных станаў: перад тручэннем, частковае тручэнне, простае тручэнне і накладное тручэнне. Асноўнымі характарыстыкамі з'яўляюцца хуткасць тручэння, селектыўнасць, крытычны памер, аднастайнасць і выяўленне канчатковай кропкі.
Малюнак 1 Перад тручэннем
Малюнак 2 Частковае тручэнне
Малюнак 3 Проста тручэнне
Малюнак 4 Над афортам
(1) Хуткасць тручэння: глыбіня або таўшчыня вытраўленага матэрыялу, выдаленага за адзінку часу.
Малюнак 5 Дыяграма хуткасці тручэння
(2) Выбіральнасць: суадносіны хуткасцей тручэння розных матэрыялаў для тручэння.
Малюнак 6 Дыяграма селектыўнасці
(3) Крытычны памер: памер малюнка ў пэўнай вобласці пасля завяршэння тручэння.
Малюнак 7 Дыяграма крытычных памераў
(4) Аднастайнасць: для вымярэння аднастайнасці крытычнага памеру тручэння (CD), які звычайна характарызуецца поўнай картай CD, формула: U=(макс.-мін.)/2*СР.
Малюнак 8. Схематычная дыяграма аднастайнасці
(5) Выяўленне канчатковай кропкі: у працэсе тручэння пастаянна выяўляецца змяненне інтэнсіўнасці святла. Калі пэўная інтэнсіўнасць святла значна павышаецца або зніжаецца, тручэнне спыняецца, каб адзначыць завяршэнне тручэння пэўнага пласта плёнкі.
Малюнак 9 Прынцыповая дыяграма канчатковай кропкі
Пры сухім тручэнні газ узбуджаецца высокай частатой (у асноўным 13,56 МГц або 2,45 ГГц). Пры ціску ад 1 да 100 Па яго сярэдняя даўжыня вольнага прабегу складае ад некалькіх міліметраў да некалькіх сантыметраў. Існуе тры асноўных тыпу сухога тручэння:
•Фізічнае сухое тручэнне: паскораныя часціцы фізічна зношваюць паверхню пласціны
•Хімічнае сухое тручэнне: газ уступае ў хімічную рэакцыю з паверхняй пласціны
•Хімічнае фізічнае сухое тручэнне: працэс фізічнага тручэння з хімічнымі характарыстыкамі
1. Іонна-прамянёвае тручэнне
Іённа-прамянёвае тручэнне (Ion Beam Etching) - гэта фізічны працэс сухой апрацоўкі, пры якім для апрамянення паверхні матэрыялу выкарыстоўваецца высокаэнергетычны пучок іёнаў аргону з энергіяй прыкладна ад 1 да 3 кэВ. Энергія іённага пучка прымушае яго ўздзейнічаць і выдаляць матэрыял паверхні. Працэс тручэння з'яўляецца анізатропным у выпадку вертыкальнага або нахіленага падзення пучкоў іёнаў. Аднак з-за адсутнасці селектыўнасці няма дакладнага адрознення паміж матэрыяламі на розных узроўнях. Утвораныя газы і пратручваныя матэрыялы выдаляюцца вакуумным помпай, але паколькі прадукты рэакцыі не з'яўляюцца газамі, часціцы асядаюць на пласцінах або сценках камеры.
Каб прадухіліць адукацыю часціц, у камеру можна ўвесці другі газ. Гэты газ уступіць у рэакцыю з іёнамі аргону і выкліча фізічны і хімічны працэс тручэння. Частка газу будзе рэагаваць з матэрыялам паверхні, але ён таксама будзе рэагаваць з паліраванымі часціцамі з адукацыяй газападобных пабочных прадуктаў. Практычна ўсе віды матэрыялаў могуць быць вытраўлены гэтым метадам. З-за вертыкальнага выпраменьвання знос вертыкальных сценак вельмі малы (высокая анізатрапія). Аднак з-за нізкай селектыўнасці і нізкай хуткасці тручэння гэты працэс рэдка выкарыстоўваецца ў сучаснай вытворчасці паўправаднікоў.
2. Плазменнае тручэнне
Плазменнае тручэнне - гэта працэс абсалютнага хімічнага тручэння, таксама вядомы як хімічнае сухое тручэнне. Яго перавага ў тым, што ён не пашкоджвае паверхню пласціны іёнамі. Паколькі актыўныя разнавіднасці ў травільным газе могуць свабодна рухацца, а працэс тручэння ізатропны, гэты метад падыходзіць для выдалення ўсяго пласта плёнкі (напрыклад, ачысткі тыльнага боку пасля тэрмічнага акіслення).
Рэактар ніжэй па плыні - гэта тып рэактара, які звычайна выкарыстоўваецца для плазменнага тручэння. У гэтым рэактары плазма генеруецца шляхам ударнай іянізацыі ў высокачашчынным электрычным полі 2,45 Ггц і аддзяляецца ад пласціны.
У зоне газавага разраду ў выніку ўдару і ўзбуджэння ўтвараюцца розныя часціцы, у тым ліку свабодныя радыкалы. Свабодныя радыкалы - гэта нейтральныя атамы або малекулы з ненасычанымі электронамі, таму яны вельмі рэакцыйныя. У працэсе плазменнага тручэння часта выкарыстоўваюцца некаторыя нейтральныя газы, такія як тэтрафтарметан (CF4), якія ўводзяцца ў вобласць газавага разраду для атрымання актыўных рэчываў шляхам іянізацыі або раскладання.
Напрыклад, у газе CF4 ён уводзіцца ў вобласць газавага разраду і раскладаецца на радыкалы фтору (F) і малекулы дыфтарыду вугляроду (CF2). Аналагічным чынам, фтор (F) можа быць раскладзены з CF4 шляхам дадання кіслароду (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Малекула фтору пад дзеяннем энергіі газаразраднай вобласці можа расшчапляцца на два незалежных атама фтору, кожны з якіх з'яўляецца свабодным радыкалам фтору. Паколькі кожны атам фтору мае сем валентных электронаў і імкнецца дасягнуць электроннай канфігурацыі інэртнага газу, усе яны вельмі рэакцыйныя. У дадатак да нейтральных свабодных радыкалаў фтору ў газаразраднай вобласці будуць прысутнічаць зараджаныя часціцы, такія як CF+4, CF+3, CF+2 і г.д. Пасля ўсе гэтыя часціцы і свабодныя радыкалы ўводзяцца ў камеру тручэння праз керамічную трубку.
Зараджаныя часціцы можна блакаваць экстракцыйнымі кратамі або рэкамбінаваць у працэсе фарміравання нейтральных малекул, каб кантраляваць іх паводзіны ў камеры тручэння. Свабодныя радыкалы фтору таксама будуць падвяргацца частковай рэкамбінацыі, але ўсё яшчэ дастаткова актыўныя, каб патрапіць у камеру тручэння, уступіць у хімічную рэакцыю на паверхні пласціны і выклікаць ачыстку матэрыялу. Іншыя нейтральныя часціцы не ўдзельнічаюць у працэсе тручэння і расходуюцца разам з прадуктамі рэакцыі.
Прыклады тонкіх плёнак, якія можна выгравіраваць пры дапамозе плазменнага тручэння:
• Крэмній: Si + 4F—> SiF4
• Дыяксід крэмнія: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Нітрыд крэмнію: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Рэактыўнае іённае тручэнне (RIE)
Рэактыўнае іоннае тручэнне - гэта хіміка-фізічны працэс тручэння, які можа вельмі дакладна кантраляваць селектыўнасць, профіль тручэння, хуткасць тручэння, аднастайнасць і паўтаральнасць. Ён можа дасягнуць ізатропных і анізатропных профіляў тручэння і, такім чынам, з'яўляецца адным з найбольш важных працэсаў для стварэння розных тонкіх плёнак у вытворчасці паўправаднікоў.
Падчас RIE пласціна змяшчаецца на высокачашчынны электрод (ВЧ-электрод). Дзякуючы ўдарнай іянізацыі ствараецца плазма, у якой існуюць свабодныя электроны і станоўча зараджаныя іёны. Калі да ВЧ-электрода падаць станоўчае напружанне, свабодныя электроны назапашваюцца на паверхні электрода і не могуць зноў пакінуць электрод з-за свайго сродства да электронаў. Такім чынам, электроды зараджаюцца да -1000 В (напружанне зрушэння), каб павольныя іёны не маглі ісці за хутка зменлівым электрычным полем да адмоўна зараджанага электрода.
Падчас іённага тручэння (RIE), калі сярэдняя даўжыня вольнага прабегу іёнаў вялікая, яны трапляюць на паверхню пласціны амаль перпендыкулярна. Такім чынам, паскораныя іёны выбіваюць матэрыял і ўтвараюць хімічную рэакцыю праз фізічнае тручэнне. Паколькі бакавыя бакавіны не закрануты, профіль тручэння застаецца анізатропным, а знос паверхні невялікі. Аднак селектыўнасць не вельмі высокая, таму што таксама адбываецца фізічны працэс тручэння. Акрамя таго, паскарэнне іёнаў выклікае пашкоджанне паверхні пласціны, для аднаўлення якой патрабуецца тэрмічны адпал.
Хімічная частка працэсу тручэння завяршаецца свабоднымі радыкаламі, якія ўступаюць у рэакцыю з паверхняй, і іёны, якія фізічна сутыкаюцца з матэрыялам, каб ён не адкладаўся паўторна на пласціне або сценках камеры, пазбягаючы з'явы паўторнага адкладу, падобнай на тручэнне іённым прамянём. Пры павышэнні ціску газу ў камеры тручэння сярэдняя даўжыня вольнага прабегу іёнаў памяншаецца, што павялічвае колькасць сутыкненняў паміж іёнамі і малекуламі газу, і іёны рассейваюцца ў больш розных напрамках. Гэта прыводзіць да менш накіраванага тручэння, што робіць працэс тручэння больш хімічным.
Анізатропныя профілі тручэння дасягаюцца шляхам пасівацыі бакавых сценак падчас тручэння крэмнію. Кісларод падаецца ў камеру тручэння, дзе ён уступае ў рэакцыю з вытраўленым крэмніем з адукацыяй дыяксіду крэмнія, які асядае на вертыкальных бакавінах. З-за іённай бамбардзіроўкі аксідны пласт на гарызантальных участках выдаляецца, што дазваляе працягваць працэс бакавога тручэння. Гэты метад дазваляе кантраляваць форму профілю тручэння і крутасць бакавін.
На хуткасць тручэння ўплываюць такія фактары, як ціск, магутнасць ВЧ-генератара, тэхналагічны газ, фактычная хуткасць патоку газу і тэмпература пласцін, і дыяпазон яе варыяцый захоўваецца ніжэй за 15%. Анізатрапіі ўзрастае з павелічэннем магутнасці ВЧ, памяншэннем ціску і тэмпературы. Раўнамернасць працэсу тручэння вызначаецца газам, адлегласць паміж электродамі і матэрыялам электрода. Калі адлегласць паміж электродамі занадта малая, плазма не можа быць раўнамерна размеркавана, што прывядзе да нераўнамернасці. Павелічэнне адлегласці паміж электродамі зніжае хуткасць тручэння, таму што плазма размяркоўваецца ў большым аб'ёме. Вуглярод з'яўляецца пераважным матэрыялам электрода, таму што ён стварае аднастайную напружаную плазму, так што край пласціны падвяргаецца ўздзеянню гэтак жа, як і цэнтр пласціны.
Тэхналагічны газ гуляе важную ролю ў селектыўнасці і хуткасці тручэння. Для крэмнію і злучэнняў крэмнія для дасягнення тручэння ў асноўным выкарыстоўваюцца фтор і хлор. Выбар адпаведнага газу, рэгуляванне патоку газу і ціску, а таксама кантроль іншых параметраў, такіх як тэмпература і магутнасць у працэсе, могуць дасягнуць жаданай хуткасці тручэння, селектыўнасці і аднастайнасці. Аптымізацыя гэтых параметраў звычайна карэктуецца для розных прымянення і матэрыялаў.
Працэс тручэння не абмяжоўваецца адным газам, газавай сумессю або фіксаванымі параметрамі працэсу. Напрыклад, натуральны аксід на полікрэмніі можа быць выдалены спачатку з высокай хуткасцю тручэння і нізкай селектыўнасцю, у той час як полісілікій можа быць вытраўлены пазней з больш высокай селектыўнасцю адносна ніжэйлеглых слаёў.
——————————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera можа дацьграфітавыя дэталі, мяккі/цвёрды фетр, дэталі з карбіду крэмнію,CVD дэталі з карбіду крэмнію,іДэталі з пакрыццём SiC/TaC з на працягу 30 дзён.
Калі вы зацікаўлены ў вышэйзгаданых паўправадніковых прадуктах,калі ласка, не саромейцеся звяртацца да нас у першы раз.
Тэл.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Час публікацыі: 12 верасня 2024 г