Một lời giới thiệu
Khắc trong quy trình sản xuất mạch tích hợp được chia thành:
-Khắc ướt;
-Khắc khô.
Trong những ngày đầu, khắc ướt được sử dụng rộng rãi, nhưng do những hạn chế trong việc kiểm soát độ rộng của đường và tính định hướng khắc, hầu hết các quy trình sau 3μm đều sử dụng khắc khô. Khắc ướt chỉ được sử dụng để loại bỏ một số lớp vật liệu đặc biệt và làm sạch cặn.
Khắc khô đề cập đến quá trình sử dụng chất ăn mòn hóa học dạng khí để phản ứng với các vật liệu trên tấm bán dẫn để ăn mòn phần vật liệu cần loại bỏ và tạo thành các sản phẩm phản ứng dễ bay hơi, sau đó được chiết ra khỏi buồng phản ứng. Echant thường được tạo ra trực tiếp hoặc gián tiếp từ plasma của khí ăn mòn, do đó quá trình ăn mòn khô còn được gọi là ăn mòn plasma.
1.1 Huyết tương
Plasma là một chất khí ở trạng thái ion hóa yếu được hình thành do sự phóng điện phát sáng của khí ăn mòn dưới tác động của trường điện từ bên ngoài (chẳng hạn như được tạo ra bởi nguồn điện tần số vô tuyến). Nó bao gồm các electron, ion và các hạt hoạt động trung tính. Trong số đó, các hạt hoạt động có thể phản ứng hóa học trực tiếp với vật liệu bị ăn mòn để đạt được sự ăn mòn, nhưng phản ứng hóa học thuần túy này thường chỉ xảy ra ở một số lượng rất nhỏ vật liệu và không có tính định hướng; khi các ion có năng lượng nhất định, chúng có thể bị ăn mòn bằng phương pháp phún xạ vật lý trực tiếp, nhưng tốc độ ăn mòn của phản ứng vật lý thuần túy này cực kỳ thấp và độ chọn lọc rất kém.
Hầu hết quá trình khắc plasma được hoàn thành với sự tham gia của các hạt và ion hoạt động cùng một lúc. Trong quá trình này, bắn phá ion có hai chức năng. Một là phá hủy các liên kết nguyên tử trên bề mặt vật liệu bị ăn mòn, do đó làm tăng tốc độ các hạt trung tính phản ứng với nó; cách khác là loại bỏ các sản phẩm phản ứng lắng đọng trên giao diện phản ứng để tạo điều kiện cho chất ăn mòn tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt của vật liệu bị ăn mòn, để quá trình ăn mòn tiếp tục.
Các sản phẩm phản ứng lắng đọng trên các thành bên của cấu trúc bị ăn mòn không thể được loại bỏ một cách hiệu quả bằng cách bắn phá ion định hướng, do đó ngăn chặn quá trình ăn mòn của các thành bên và hình thành quá trình ăn mòn dị hướng.
Quá trình khắc thứ hai
2.1 Khắc ướt và làm sạch
Khắc ướt là một trong những công nghệ sớm nhất được sử dụng trong sản xuất mạch tích hợp. Mặc dù hầu hết các quy trình ăn mòn ướt đã được thay thế bằng phương pháp ăn mòn khô dị hướng do tính ăn mòn đẳng hướng của nó, nhưng nó vẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc làm sạch các lớp không quan trọng có kích thước lớn hơn. Đặc biệt trong việc khắc các chất cặn oxit và loại bỏ lớp biểu bì, nó hiệu quả và tiết kiệm hơn so với khắc khô.
Đối tượng của quá trình khắc ướt chủ yếu bao gồm oxit silic, silic nitrit, silic đơn tinh thể và silic đa tinh thể. Quá trình khắc ướt oxit silic thường sử dụng axit hydrofluoric (HF) làm chất mang hóa học chính. Để cải thiện tính chọn lọc, axit flohydric loãng được đệm bằng amoni florua được sử dụng trong quy trình này. Để duy trì sự ổn định của giá trị pH, có thể thêm một lượng nhỏ axit mạnh hoặc các nguyên tố khác. Oxit silic pha tạp dễ bị ăn mòn hơn oxit silic nguyên chất. Tước hóa chất ướt chủ yếu được sử dụng để loại bỏ chất cản quang và mặt nạ cứng (silicon nitride). Axit photphoric nóng (H3PO4) là chất lỏng hóa học chính được sử dụng để tách hóa chất ướt để loại bỏ silicon nitrit và có tính chọn lọc tốt đối với oxit silic.
Làm sạch ướt tương tự như khắc ướt và chủ yếu loại bỏ các chất ô nhiễm trên bề mặt tấm silicon thông qua các phản ứng hóa học, bao gồm các hạt, chất hữu cơ, kim loại và oxit. Phương pháp làm sạch ướt chủ yếu là phương pháp hóa chất ướt. Mặc dù giặt khô có thể thay thế nhiều phương pháp giặt ướt nhưng không có phương pháp nào có thể thay thế hoàn toàn giặt ướt.
Các hóa chất thường được sử dụng để làm sạch ướt bao gồm axit sulfuric, axit clohydric, axit hydrofluoric, axit photphoric, hydro peroxide, amoni hydroxit, amoni florua, v.v. Trong ứng dụng thực tế, một hoặc nhiều hóa chất được trộn với nước khử ion theo một tỷ lệ nhất định khi cần thiết để tạo thành dung dịch tẩy rửa như SC1, SC2, DHF, BHF, v.v.
Việc làm sạch thường được sử dụng trong quá trình trước khi lắng đọng màng oxit, vì việc chuẩn bị màng oxit phải được thực hiện trên bề mặt wafer silicon hoàn toàn sạch sẽ. Quy trình làm sạch wafer silicon phổ biến như sau:
2.2 Khắc khô and Làm sạch
2.2.1 Khắc khô
Khắc khô trong ngành chủ yếu đề cập đến khắc plasma, sử dụng plasma có hoạt tính tăng cường để khắc các chất cụ thể. Hệ thống thiết bị trong quy trình sản xuất quy mô lớn sử dụng plasma không cân bằng nhiệt độ thấp.
Khắc plasma chủ yếu sử dụng hai chế độ phóng điện: phóng điện ghép điện dung và phóng điện ghép cảm ứng
Ở chế độ phóng điện ghép đôi điện dung: plasma được tạo ra và duy trì trong hai tụ điện tấm song song bằng nguồn điện tần số vô tuyến (RF) bên ngoài. Áp suất khí thường từ vài militorr đến hàng chục militorr và tốc độ ion hóa nhỏ hơn 10-5. Ở chế độ phóng điện kết hợp cảm ứng: thường ở áp suất khí thấp hơn (hàng chục millitorr), plasma được tạo ra và duy trì bằng năng lượng đầu vào kết hợp cảm ứng. Tốc độ ion hóa thường lớn hơn 10-5 nên còn được gọi là plasma mật độ cao. Nguồn plasma mật độ cao cũng có thể thu được thông qua cộng hưởng cyclotron electron và phóng sóng cyclotron. Plasma mật độ cao có thể tối ưu hóa tốc độ ăn mòn và độ chọn lọc của quá trình ăn mòn đồng thời giảm thiệt hại ăn mòn bằng cách kiểm soát độc lập dòng ion và năng lượng bắn phá ion thông qua nguồn cung cấp năng lượng RF hoặc vi sóng bên ngoài và nguồn cung cấp năng lượng thiên vị RF trên đế.
Quá trình ăn mòn khô như sau: khí ăn mòn được bơm vào buồng phản ứng chân không, sau khi áp suất trong buồng phản ứng ổn định, plasma được tạo ra bằng quá trình phóng điện phát sáng tần số vô tuyến; sau khi bị tác động bởi các electron tốc độ cao, nó bị phân hủy tạo ra các gốc tự do, chúng khuếch tán lên bề mặt chất nền và bị hấp phụ. Dưới tác động của sự bắn phá ion, các gốc tự do bị hấp phụ sẽ phản ứng với các nguyên tử hoặc phân tử trên bề mặt chất nền để tạo thành các sản phẩm phụ dạng khí, được thải ra khỏi buồng phản ứng. Quá trình này được thể hiện trong hình sau:
Quá trình khắc khô có thể được chia thành bốn loại sau:
(1)Khắc phún xạ vật lý: Nó chủ yếu dựa vào các ion năng lượng trong plasma để bắn phá bề mặt vật liệu bị ăn mòn. Số lượng nguyên tử được bắn ra phụ thuộc vào năng lượng và góc của các hạt tới. Khi năng lượng và góc không thay đổi, tốc độ phún xạ của các vật liệu khác nhau thường chỉ khác nhau từ 2 đến 3 lần nên không có tính chọn lọc. Quá trình phản ứng chủ yếu là dị hướng.
(2)Khắc hóa học: Plasma cung cấp các nguyên tử và phân tử ăn mòn ở pha khí, phản ứng hóa học với bề mặt vật liệu để tạo ra khí dễ bay hơi. Phản ứng hóa học thuần túy này có tính chọn lọc tốt và thể hiện các đặc tính đẳng hướng mà không cần xem xét đến cấu trúc mạng tinh thể.
Ví dụ: Si (rắn) + 4F → SiF4 (khí), chất quang dẫn + O (khí) → CO2 (khí) + H2O (khí)
(3)Khắc bằng năng lượng ion: Các ion vừa là hạt gây ra hiện tượng ăn mòn vừa là hạt mang năng lượng. Hiệu suất ăn mòn của các hạt mang năng lượng như vậy cao hơn một bậc so với hiệu quả ăn mòn vật lý hoặc hóa học đơn giản. Trong số đó, việc tối ưu hóa các thông số vật lý và hóa học của quy trình là cốt lõi của việc kiểm soát quá trình ăn mòn.
(4)Khắc hỗn hợp rào cản ion: Nó chủ yếu đề cập đến việc tạo ra lớp bảo vệ hàng rào polymer bằng các hạt composite trong quá trình ăn mòn. Plasma cần một lớp bảo vệ như vậy để ngăn chặn phản ứng ăn mòn của các thành bên trong quá trình ăn mòn. Ví dụ, thêm C vào quá trình ăn mòn Cl và Cl2 có thể tạo ra lớp hợp chất chlorocarbon trong quá trình ăn mòn để bảo vệ các thành bên khỏi bị ăn mòn.
2.2.1 Giặt khô
Giặt khô chủ yếu đề cập đến làm sạch bằng plasma. Các ion trong plasma được sử dụng để bắn phá bề mặt cần làm sạch, đồng thời các nguyên tử và phân tử ở trạng thái kích hoạt tương tác với bề mặt cần làm sạch, để loại bỏ và tro hóa chất quang dẫn. Không giống như khắc khô, các thông số của quy trình giặt khô thường không bao gồm tính chọn lọc định hướng, do đó thiết kế quy trình tương đối đơn giản. Trong các quy trình sản xuất quy mô lớn, khí gốc flo, oxy hoặc hydro chủ yếu được sử dụng làm chất chính của plasma phản ứng. Ngoài ra, việc bổ sung một lượng plasma argon nhất định có thể tăng cường hiệu quả bắn phá ion, từ đó nâng cao hiệu quả làm sạch.
Trong quy trình giặt khô plasma, phương pháp plasma từ xa thường được sử dụng. Điều này là do trong quá trình làm sạch, người ta hy vọng sẽ làm giảm tác dụng bắn phá của các ion trong plasma để kiểm soát thiệt hại do bắn phá ion gây ra; và phản ứng tăng cường của các gốc tự do hóa học có thể cải thiện hiệu quả làm sạch. Plasma từ xa có thể sử dụng vi sóng để tạo ra plasma ổn định và mật độ cao bên ngoài buồng phản ứng, tạo ra một số lượng lớn các gốc tự do xâm nhập vào buồng phản ứng để đạt được phản ứng cần thiết để làm sạch. Hầu hết các nguồn khí giặt khô trong ngành đều sử dụng khí gốc flo, chẳng hạn như NF3, và hơn 99% NF3 bị phân hủy trong plasma vi sóng. Hầu như không có tác dụng bắn phá ion trong quá trình giặt khô nên rất có lợi trong việc bảo vệ tấm wafer silicon khỏi bị hư hại và kéo dài tuổi thọ của buồng phản ứng.
Ba thiết bị làm sạch và khắc ướt
3.1 Máy làm sạch wafer dạng thùng
Máy làm sạch wafer kiểu máng chủ yếu bao gồm mô-đun truyền hộp chuyển wafer mở phía trước, mô-đun truyền tải / dỡ wafer, mô-đun nạp khí thải, mô-đun bể chứa chất lỏng hóa học, mô-đun bể nước khử ion, bể sấy khô mô-đun và mô-đun điều khiển. Nó có thể làm sạch nhiều hộp tấm bán dẫn cùng một lúc và có thể đạt được độ khô và khô của tấm bán dẫn.
3.2 Máy khắc wafer rãnh
3.3 Thiết bị xử lý ướt wafer đơn
Theo các mục đích quy trình khác nhau, thiết bị xử lý ướt wafer đơn có thể được chia thành ba loại. Loại đầu tiên là thiết bị làm sạch tấm bán dẫn đơn, có mục tiêu làm sạch bao gồm các hạt, chất hữu cơ, lớp oxit tự nhiên, tạp chất kim loại và các chất ô nhiễm khác; loại thứ hai là thiết bị chà tấm bán dẫn đơn, mục đích xử lý chính của nó là loại bỏ các hạt trên bề mặt tấm bán dẫn; loại thứ ba là thiết bị khắc wafer đơn, chủ yếu được sử dụng để loại bỏ màng mỏng. Theo các mục đích quy trình khác nhau, thiết bị khắc wafer đơn có thể được chia thành hai loại. Loại thứ nhất là thiết bị khắc nhẹ, chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các lớp hư hỏng màng bề mặt do cấy ion năng lượng cao; loại thứ hai là thiết bị loại bỏ lớp hy sinh, chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các lớp rào cản sau khi làm mỏng wafer hoặc đánh bóng cơ học hóa học.
Từ góc độ kiến trúc máy tổng thể, kiến trúc cơ bản của tất cả các loại thiết bị xử lý ướt tấm wafer đơn đều giống nhau, thường bao gồm sáu phần: khung chính, hệ thống chuyển wafer, mô-đun buồng, mô-đun cung cấp và chuyển chất lỏng hóa học, hệ thống phần mềm và mô-đun điều khiển điện tử.
3.4 Thiết bị làm sạch wafer đơn
Thiết bị làm sạch wafer đơn được thiết kế dựa trên phương pháp làm sạch RCA truyền thống và mục đích của quy trình là làm sạch các hạt, chất hữu cơ, lớp oxit tự nhiên, tạp chất kim loại và các chất ô nhiễm khác. Về mặt ứng dụng quy trình, thiết bị làm sạch wafer đơn hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các quy trình front-end và back-end của sản xuất mạch tích hợp, bao gồm làm sạch trước và sau khi tạo màng, làm sạch sau khi khắc plasma, làm sạch sau khi cấy ion, làm sạch sau khi hóa chất. đánh bóng cơ học và làm sạch sau khi lắng đọng kim loại. Ngoại trừ quy trình axit photphoric ở nhiệt độ cao, thiết bị làm sạch tấm bán dẫn đơn về cơ bản tương thích với tất cả các quy trình làm sạch.
3.5 Thiết bị khắc wafer đơn
Mục đích quy trình của thiết bị khắc wafer đơn chủ yếu là khắc màng mỏng. Theo mục đích của quy trình, nó có thể được chia thành hai loại, đó là thiết bị khắc ánh sáng (được sử dụng để loại bỏ lớp hư hỏng màng bề mặt do cấy ion năng lượng cao) và thiết bị loại bỏ lớp hy sinh (được sử dụng để loại bỏ lớp rào cản sau wafer làm mỏng hoặc đánh bóng cơ học hóa học). Các vật liệu cần được loại bỏ trong quá trình này thường bao gồm silicon, silicon oxit, silicon nitride và các lớp màng kim loại.
Bốn thiết bị làm sạch và khắc khô
4.1 Phân loại thiết bị khắc plasma
Ngoài thiết bị khắc phún xạ ion gần với phản ứng vật lý thuần túy và thiết bị khử keo gần với phản ứng hóa học thuần túy, việc khắc plasma có thể được chia đại khái thành hai loại theo các công nghệ điều khiển và tạo plasma khác nhau:
-Khắc plasma bằng điện dung (ĐCSTQ);
-Khắc plasma kết hợp cảm ứng (ICP).
4.1.1 ĐCSTQ
Khắc plasma kết hợp điện dung là để kết nối nguồn điện tần số vô tuyến với một hoặc cả hai điện cực trên và dưới trong buồng phản ứng, và plasma giữa hai tấm tạo thành một tụ điện trong một mạch tương đương đơn giản hóa.
Có hai công nghệ sớm nhất như vậy:
Một là phương pháp khắc plasma ban đầu, kết nối nguồn điện RF với điện cực trên và điện cực dưới nơi đặt tấm bán dẫn được nối đất. Do plasma được tạo ra theo cách này sẽ không tạo thành lớp vỏ ion đủ dày trên bề mặt tấm wafer nên năng lượng bắn phá ion thấp và nó thường được sử dụng trong các quy trình như khắc silicon sử dụng các hạt hoạt tính làm chất ăn mòn chính.
Loại còn lại là phương pháp khắc ion phản ứng sớm (RIE), kết nối nguồn điện RF với điện cực dưới nơi đặt tấm bán dẫn và nối đất cho điện cực trên với diện tích lớn hơn. Công nghệ này có thể tạo thành lớp vỏ ion dày hơn, phù hợp cho các quá trình ăn mòn điện môi đòi hỏi năng lượng ion cao hơn để tham gia phản ứng. Trên cơ sở khắc ion phản ứng sớm, từ trường DC vuông góc với điện trường RF được thêm vào để tạo thành sự trôi ExB, có thể làm tăng khả năng va chạm của các electron và các hạt khí, từ đó cải thiện hiệu quả nồng độ và tốc độ ăn mòn trong huyết tương. Phương pháp khắc này được gọi là phương pháp khắc ion phản ứng tăng cường từ trường (MERIE).
Ba công nghệ trên có một nhược điểm chung là không thể kiểm soát nồng độ trong huyết tương và năng lượng của nó một cách riêng biệt. Ví dụ, để tăng tốc độ ăn mòn, có thể sử dụng phương pháp tăng công suất RF để tăng nồng độ trong huyết tương, nhưng công suất RF tăng chắc chắn sẽ dẫn đến tăng năng lượng ion, gây hư hỏng cho các thiết bị trên tấm wafer. Trong thập kỷ qua, công nghệ ghép điện dung đã áp dụng thiết kế gồm nhiều nguồn RF, được kết nối tương ứng với các điện cực trên và dưới hoặc cả hai với điện cực dưới.
Bằng cách chọn và kết hợp các tần số RF khác nhau, diện tích điện cực, khoảng cách, vật liệu và các thông số chính khác được phối hợp với nhau, nồng độ trong huyết tương và năng lượng ion có thể được tách rời nhiều nhất có thể.
4.1.2 ICP
Khắc plasma kết hợp cảm ứng là đặt một hoặc nhiều bộ cuộn dây được kết nối với nguồn điện tần số vô tuyến trên hoặc xung quanh buồng phản ứng. Từ trường xen kẽ được tạo ra bởi dòng điện tần số vô tuyến trong cuộn dây đi vào buồng phản ứng thông qua cửa sổ điện môi để tăng tốc các electron, từ đó tạo ra plasma. Trong mạch tương đương đơn giản (máy biến áp), cuộn dây là điện cảm cuộn sơ cấp và plasma là điện cảm cuộn thứ cấp.
Phương pháp ghép này có thể đạt được nồng độ trong huyết tương cao hơn một bậc so với phương pháp ghép điện dung ở áp suất thấp. Ngoài ra, nguồn điện RF thứ hai được kết nối với vị trí của tấm wafer như một nguồn điện phân cực để cung cấp năng lượng bắn phá ion. Do đó, nồng độ ion phụ thuộc vào nguồn cung cấp năng lượng của cuộn dây và năng lượng ion phụ thuộc vào nguồn cung cấp điện phân cực, từ đó đạt được sự phân tách nồng độ và năng lượng triệt để hơn.
4.2 Thiết bị khắc plasma
Hầu như tất cả các chất khắc trong khắc khô đều được tạo ra trực tiếp hoặc gián tiếp từ plasma, vì vậy khắc khô thường được gọi là khắc plasma. Khắc plasma là một loại khắc plasma theo nghĩa rộng. Trong hai thiết kế lò phản ứng dạng tấm phẳng ban đầu, một là nối đất tấm nơi đặt tấm bán dẫn và tấm còn lại được kết nối với nguồn RF; cái kia thì ngược lại. Trong thiết kế trước đây, diện tích của tấm nối đất thường lớn hơn diện tích của tấm nối với nguồn RF và áp suất khí trong lò phản ứng cao. Lớp vỏ ion hình thành trên bề mặt của wafer rất mỏng và wafer dường như được “ngâm” trong plasma. Quá trình khắc chủ yếu được hoàn thành bằng phản ứng hóa học giữa các hạt hoạt động trong plasma và bề mặt của vật liệu khắc. Năng lượng bắn phá ion rất nhỏ và sự tham gia của nó vào quá trình ăn mòn rất thấp. Thiết kế này được gọi là chế độ khắc plasma. Trong một thiết kế khác, do mức độ tham gia bắn phá ion tương đối lớn nên nó được gọi là chế độ ăn mòn ion phản ứng.
4.3 Thiết bị khắc ion phản ứng
Khắc ion phản ứng (RIE) đề cập đến một quá trình ăn mòn trong đó các hạt hoạt động và các ion tích điện tham gia vào quá trình cùng một lúc. Trong số đó, các hạt hoạt động chủ yếu là các hạt trung tính (còn gọi là gốc tự do), có nồng độ cao (khoảng 1% đến 10% nồng độ khí), là thành phần chính của etchant. Các sản phẩm được tạo ra bởi phản ứng hóa học giữa chúng và vật liệu bị ăn mòn sẽ bay hơi và được chiết trực tiếp từ buồng phản ứng hoặc tích tụ trên bề mặt bị ăn mòn; trong khi các ion tích điện ở nồng độ thấp hơn (10-4 đến 10-3 nồng độ khí) và chúng được gia tốc bởi điện trường của vỏ ion hình thành trên bề mặt tấm bán dẫn để bắn phá bề mặt bị ăn mòn. Có hai chức năng chính của các hạt tích điện. Một là phá hủy cấu trúc nguyên tử của vật liệu bị ăn mòn, từ đó đẩy nhanh tốc độ các hạt hoạt động phản ứng với nó; cách còn lại là bắn phá và loại bỏ các sản phẩm phản ứng tích lũy để vật liệu ăn mòn tiếp xúc hoàn toàn với các hạt hoạt động, để quá trình ăn mòn tiếp tục.
Bởi vì các ion không tham gia trực tiếp vào phản ứng ăn mòn (hoặc chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, chẳng hạn như loại bỏ sự bắn phá vật lý và ăn mòn hóa học trực tiếp của các ion hoạt động), nói đúng ra, quá trình ăn mòn ở trên nên được gọi là quá trình ăn mòn có sự hỗ trợ của ion. Tên khắc ion phản ứng không chính xác, nhưng nó vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Thiết bị RIE sớm nhất được đưa vào sử dụng vào những năm 1980. Do sử dụng một nguồn điện RF duy nhất và thiết kế buồng phản ứng tương đối đơn giản nên nó có những hạn chế về tốc độ ăn mòn, tính đồng nhất và độ chọn lọc.
4.4 Thiết bị khắc ion phản ứng tăng cường từ trường
Thiết bị MERIE (Khắc ion phản ứng tăng cường từ tính) là một thiết bị khắc được chế tạo bằng cách thêm từ trường DC vào thiết bị RIE màn hình phẳng và nhằm mục đích tăng tốc độ ăn mòn.
Thiết bị MERIE được đưa vào sử dụng trên quy mô lớn vào những năm 1990, khi thiết bị khắc đĩa đơn đã trở thành thiết bị chủ đạo trong ngành. Nhược điểm lớn nhất của thiết bị MERIE là sự phân bố không đồng nhất về không gian của nồng độ trong huyết tương do từ trường gây ra sẽ dẫn đến sự chênh lệch dòng điện hoặc điện áp trong thiết bị mạch tích hợp, từ đó gây hư hỏng thiết bị. Vì hư hỏng này gây ra bởi sự không đồng nhất tức thời nên sự quay của từ trường không thể loại bỏ được nó. Khi kích thước của các mạch tích hợp tiếp tục thu hẹp, hư hỏng thiết bị của chúng ngày càng nhạy cảm với tính không đồng nhất của plasma và công nghệ tăng tốc độ ăn mòn bằng cách tăng cường từ trường đã dần được thay thế bằng công nghệ khắc ion phản ứng phẳng cung cấp năng lượng đa RF, đó là là công nghệ khắc plasma kết hợp điện dung.
4.5 Thiết bị khắc plasma ghép điện dung
Thiết bị khắc plasma kết hợp điện dung (ĐCSTQ) là thiết bị tạo ra plasma trong buồng phản ứng thông qua khớp nối điện dung bằng cách cấp nguồn điện tần số vô tuyến (hoặc DC) cho tấm điện cực và được sử dụng để khắc. Nguyên lý khắc của nó tương tự như nguyên lý của thiết bị khắc ion phản ứng.
Sơ đồ đơn giản hóa của thiết bị khắc CCP được trình bày dưới đây. Nó thường sử dụng hai hoặc ba nguồn RF có tần số khác nhau và một số cũng sử dụng nguồn điện DC. Tần số của nguồn điện RF là 800kHz ~ 162 MHz và các tần số thường được sử dụng là 2 MHz, 4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz và 60 MHz. Nguồn cung cấp năng lượng RF có tần số 2 MHz hoặc 4 MHz thường được gọi là nguồn RF tần số thấp. Chúng thường được kết nối với điện cực phía dưới nơi đặt tấm bán dẫn. Chúng có hiệu quả hơn trong việc kiểm soát năng lượng ion nên còn được gọi là nguồn cung cấp năng lượng phân cực; Nguồn cung cấp năng lượng RF có tần số trên 27 MHz được gọi là nguồn RF tần số cao. Chúng có thể được kết nối với điện cực trên hoặc điện cực dưới. Chúng có hiệu quả hơn trong việc kiểm soát nồng độ trong huyết tương nên còn được gọi là nguồn cung cấp năng lượng. Bộ nguồn RF 13 MHz nằm ở giữa và thường được coi là có cả hai chức năng trên nhưng tương đối yếu hơn. Lưu ý rằng mặc dù nồng độ và năng lượng trong huyết tương có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định bằng sức mạnh của các nguồn RF có tần số khác nhau (được gọi là hiệu ứng tách rời), do đặc tính của khớp nối điện dung, chúng không thể được điều chỉnh và kiểm soát hoàn toàn độc lập.
Sự phân bố năng lượng của các ion có tác động đáng kể đến hiệu suất chi tiết của quá trình ăn mòn và hư hỏng thiết bị, do đó việc phát triển công nghệ để tối ưu hóa phân phối năng lượng ion đã trở thành một trong những điểm mấu chốt của thiết bị ăn mòn tiên tiến. Hiện nay, các công nghệ đã được ứng dụng thành công trong sản xuất bao gồm truyền động lai đa RF, xếp chồng DC, RF kết hợp phân cực xung DC và đầu ra RF xung đồng bộ của nguồn điện thiên vị và nguồn điện.
Thiết bị khắc CCP là một trong hai loại thiết bị khắc plasma được sử dụng rộng rãi nhất. Nó chủ yếu được sử dụng trong quá trình khắc các vật liệu điện môi, chẳng hạn như khắc mặt bên cổng và mặt nạ cứng ở giai đoạn trước của quy trình chip logic, khắc lỗ tiếp xúc ở giai đoạn giữa, khắc khảm và tấm nhôm ở giai đoạn sau, cũng như khắc rãnh sâu, lỗ sâu và lỗ tiếp xúc dây điện trong quy trình chip nhớ flash 3D (lấy cấu trúc silicon nitride/silicon oxit làm ví dụ).
Có hai thách thức chính và hướng cải tiến mà thiết bị khắc của CCP phải đối mặt. Đầu tiên, trong ứng dụng năng lượng ion cực cao, khả năng khắc của các cấu trúc có tỷ lệ khung hình cao (chẳng hạn như khắc lỗ và rãnh của bộ nhớ flash 3D yêu cầu tỷ lệ cao hơn 50: 1). Phương pháp tăng công suất phân cực để tăng năng lượng ion hiện nay đã sử dụng nguồn điện RF lên tới 10.000 watt. Do lượng nhiệt sinh ra lớn nên công nghệ làm mát và kiểm soát nhiệt độ của buồng phản ứng cần phải được cải tiến liên tục. Thứ hai, cần có bước đột phá trong việc phát triển các loại khí ăn mòn mới để giải quyết căn bản vấn đề về khả năng ăn mòn.
4.6 Thiết bị khắc plasma kết hợp cảm ứng
Thiết bị khắc plasma kết hợp cảm ứng (ICP) là thiết bị ghép năng lượng của nguồn năng lượng tần số vô tuyến vào buồng phản ứng dưới dạng từ trường thông qua cuộn dây cảm ứng, từ đó tạo ra plasma để khắc. Nguyên lý khắc của nó cũng thuộc về phương pháp khắc ion phản ứng tổng quát.
Có hai loại thiết kế nguồn plasma chính cho thiết bị khắc ICP. Một là công nghệ plasma kết hợp biến áp (TCP) do Lam Research phát triển và sản xuất. Cuộn dây cảm ứng của nó được đặt trên mặt phẳng cửa sổ điện môi phía trên buồng phản ứng. Tín hiệu RF 13,56 MHz tạo ra từ trường xen kẽ trong cuộn dây vuông góc với cửa sổ điện môi và phân kỳ hướng tâm với trục cuộn dây làm tâm.
Từ trường đi vào buồng phản ứng thông qua cửa sổ điện môi và từ trường xen kẽ tạo ra một điện trường xen kẽ song song với cửa sổ điện môi trong buồng phản ứng, từ đó đạt được sự phân ly của khí ăn mòn và tạo ra plasma. Vì nguyên lý này có thể được hiểu là một máy biến áp với cuộn dây cảm ứng là cuộn sơ cấp và plasma trong buồng phản ứng là cuộn thứ cấp nên phương pháp khắc ICP được đặt theo tên này.
Ưu điểm chính của công nghệ TCP là cấu trúc dễ dàng mở rộng quy mô. Ví dụ: từ wafer 200mm đến wafer 300mm, TCP có thể duy trì hiệu ứng khắc tương tự bằng cách tăng kích thước của cuộn dây.
Một thiết kế nguồn plasma khác là công nghệ nguồn plasma tách rời (DPS) được phát triển và sản xuất bởiApplied Materials, Inc. của Hoa Kỳ. Cuộn dây cảm ứng của nó được quấn ba chiều trên một cửa sổ điện môi hình bán cầu. Nguyên lý tạo plasma tương tự như công nghệ TCP đã nói ở trên, nhưng hiệu suất phân ly khí tương đối cao, giúp đạt được nồng độ trong huyết tương cao hơn.
Do hiệu suất của khớp nối cảm ứng để tạo ra plasma cao hơn so với khớp nối điện dung và plasma chủ yếu được tạo ra ở khu vực gần cửa sổ điện môi, nên nồng độ trong huyết tương của nó về cơ bản được xác định bởi công suất của nguồn điện nối với cuộn cảm. cuộn dây và năng lượng ion trong vỏ ion trên bề mặt tấm wafer về cơ bản được xác định bởi công suất của nguồn điện phân cực, do đó nồng độ và năng lượng của các ion có thể được kiểm soát độc lập, từ đó đạt được khả năng tách rời.
Thiết bị khắc ICP là một trong hai loại thiết bị khắc plasma được sử dụng rộng rãi nhất. Nó chủ yếu được sử dụng để khắc các rãnh nông silicon, germanium (Ge), cấu trúc cổng polysilicon, cấu trúc cổng kim loại, silicon căng (Strain-Si), dây kim loại, miếng kim loại (Miếng đệm), mặt nạ cứng kim loại khắc khảm và nhiều quy trình trong công nghệ hình ảnh đa dạng.
Ngoài ra, với sự gia tăng của các mạch tích hợp ba chiều, cảm biến hình ảnh CMOS và hệ thống vi cơ điện tử (MEMS), cũng như sự gia tăng nhanh chóng trong ứng dụng xuyên silicon (TSV), các lỗ xiên kích thước lớn và khắc silicon sâu với các hình thái khác nhau, nhiều nhà sản xuất đã cho ra đời thiết bị khắc được phát triển riêng cho các ứng dụng này. Đặc điểm của nó là độ sâu khắc lớn (hàng chục thậm chí hàng trăm micron), do đó nó chủ yếu hoạt động trong điều kiện lưu lượng khí cao, áp suất cao và công suất cao.
————————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera có thể cung cấpbộ phận than chì, nỉ mềm/cứng, bộ phận cacbua silic, Các bộ phận cacbua silic CVD, VàCác bộ phận được phủ SiC/TaCvới trong 30 ngày.
Nếu bạn quan tâm đến các sản phẩm bán dẫn trên,xin vui lòng liên hệ với chúng tôi ở lần đầu tiên.
ĐT: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Thời gian đăng: 31/08/2024