ຄວາມເຂົ້າໃຈເທກໂນໂລຍີ Dry Etching ໃນອຸດສາຫະກໍາ Semiconductor

Etching ຫມາຍເຖິງເຕັກນິກການຄັດເອົາວັດສະດຸອອກໂດຍຜ່ານທາງກາຍະພາບຫຼືທາງເຄມີເພື່ອບັນລຸຮູບແບບໂຄງສ້າງທີ່ຖືກອອກແບບ.

ໃນປັດຈຸບັນ, ອຸປະກອນ semiconductor ຈໍານວນຫຼາຍໃຊ້ໂຄງສ້າງອຸປະກອນ mesa, ເຊິ່ງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍຜ່ານສອງປະເພດຂອງ etching:etching ປຽກ ແລະ etching ແຫ້ງ. ໃນຂະນະທີ່ການ etching ປຽກແບບງ່າຍດາຍແລະລວດໄວມີບົດບາດສໍາຄັນໃນການຜະລິດອຸປະກອນ semiconductor, ມັນມີຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ປະກົດຕົວເຊັ່ນ: etching isotropic ແລະຄວາມເປັນເອກະພາບທີ່ບໍ່ດີ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການຄວບຄຸມຈໍາກັດໃນເວລາທີ່ການໂອນຮູບແບບຂະຫນາດນ້ອຍ. ການແກະສະຫຼັກແຫ້ງ, ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ດ້ວຍ anisotropy ສູງ, ຄວາມເປັນເອກະພາບທີ່ດີ, ແລະການເຮັດເລື້ມຄືນ, ໄດ້ກາຍເປັນທີ່ໂດດເດັ່ນໃນຂະບວນການຜະລິດອຸປະກອນ semiconductor. ຄໍາວ່າ "ການແກະສະຫລັກແຫ້ງ" ຫມາຍເຖິງການແກະສະຫລັກທີ່ບໍ່ປຽກຊຸ່ມໃຊ້ສໍາລັບການຖອດວັດສະດຸພື້ນຜິວແລະການໂອນຮູບແບບຈຸນລະພາກແລະນາໂນ, ລວມທັງການແກະສະຫລັກດ້ວຍເລເຊີ, ການແກະສະຫລັກໃນ plasma, ແລະການດູດຊຶມສານເຄມີ. ການແກະສະຫຼັກແຫ້ງທີ່ໄດ້ສົນທະນາໃນບົດເລື່ອງນີ້ໂດຍສະເພາະກ່ຽວກັບການນໍາໃຊ້ແຄບຂອງຂະບວນການໂດຍໃຊ້ການໄຫຼຂອງ plasma - ບໍ່ວ່າຈະເປັນທາງດ້ານຮ່າງກາຍຫຼືທາງເຄມີ - ເພື່ອດັດແປງພື້ນຜິວຂອງວັດສະດຸ. ມັນກວມເອົາເຕັກໂນໂລຊີ etching ອຸດສາຫະກໍາທົ່ວໄປຈໍານວນຫນຶ່ງ, ລວມທັງIon Beam Etching (IBE), Reactive Ion Etching (RIE), Electron Cyclotron Resonance (ECR) plasma etching, ແລະ inductively Coupled Plasma (ICP) etching.

1. ການປັກແສ່ວ Ion Beam (IBE)

ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີໃນນາມ ion milling, IBE ພັດທະນາໃນຊຸມປີ 1970 ເປັນວິທີການ etching ທາງດ້ານຮ່າງກາຍຢ່າງດຽວ. ຂະບວນການດັ່ງກ່າວກ່ຽວຂ້ອງກັບລໍາລຽງ ion ທີ່ສ້າງຂຶ້ນຈາກອາຍແກັສ inert (ເຊັ່ນ: Ar, Xe) ທີ່ຖືກເລັ່ງໂດຍແຮງດັນເພື່ອລະເບີດພື້ນຜິວຂອງວັດສະດຸເປົ້າຫມາຍ. ໄອອອນໂອນພະລັງງານໄປສູ່ປະລໍາມະນູຂອງພື້ນຜິວ, ເຮັດໃຫ້ຜູ້ທີ່ມີພະລັງງານເກີນພະລັງງານຜູກມັດຂອງພວກມັນທີ່ຈະ sputter ອອກໄປ. ເຕັກນິກນີ້ໃຊ້ແຮງດັນເລັ່ງເພື່ອຄວບຄຸມທິດທາງແລະພະລັງງານຂອງ beam ion, ສົ່ງຜົນໃຫ້ etch anisotropy ທີ່ດີເລີດແລະການຄວບຄຸມອັດຕາ. ໃນຂະນະທີ່ມັນເປັນທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການ etching ວັດສະດຸທີ່ຫມັ້ນຄົງທາງເຄມີເຊັ່ນເຊລາມິກແລະໂລຫະບາງ, ຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບຫນ້າກາກຫນາສໍາລັບ etches ເລິກອາດຈະປະນີປະນອມຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງ etching, ແລະການລະເບີດຂອງ ion ພະລັງງານສູງອາດຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍທາງໄຟຟ້າທີ່ຫຼີກລ້ຽງບໍ່ໄດ້ເນື່ອງຈາກການລົບກວນ lattice.

2. ການຝັງຕົວທາດໄອອອນທີ່ມີປະຕິກິລິຍາ (RIE)

ພັດທະນາຈາກ IBE, RIE ປະສົມປະສານປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີກັບການລະເບີດຂອງທາດໄອອອນທາງດ້ານຮ່າງກາຍ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ IBE, RIE ສະຫນອງອັດຕາການ etching ທີ່ສູງຂຶ້ນແລະ anisotropy ທີ່ດີເລີດແລະຄວາມເປັນເອກະພາບໃນທົ່ວພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນຫນຶ່ງໃນເຕັກນິກການ etching ທີ່ໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດໃນການຜະລິດຈຸນລະພາກແລະ nano. ຂະບວນການດັ່ງກ່າວປະກອບດ້ວຍການໃຊ້ແຮງດັນຄວາມຖີ່ວິທະຍຸ (RF) ກັບ electrodes ແຜ່ນຂະຫນານ, ເຮັດໃຫ້ເອເລັກໂຕຣນິກໃນສະພາການເລັ່ງແລະ ionize ອາຍແກັສຕິກິຣິຍາ, ນໍາໄປສູ່ສະຖານະ plasma ທີ່ຫມັ້ນຄົງຢູ່ຂ້າງຫນຶ່ງຂອງແຜ່ນ. plasma ມີທ່າແຮງໃນທາງບວກເນື່ອງຈາກເອເລັກໂຕຣນິກຖືກດຶງດູດເຂົ້າໄປໃນ cathode ແລະຮາກຖານຢູ່ anode, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສ້າງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າໃນທົ່ວຫ້ອງ. plasma ທີ່ມີຄ່າໃນທາງບວກເລັ່ງໄປສູ່ substrate ທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ cathode, ເຮັດໃຫ້ມັນມີປະສິດຕິຜົນ.

ໃນ​ລະ​ຫວ່າງ​ການ​ຂະ​ບວນ​ການ etching​, ຫ້ອງ​ການ​ຮັກ​ສາ​ສະ​ພາບ​ແວດ​ລ້ອມ​ຄວາມ​ກົດ​ດັນ​ຕ​່​ໍ​າ (0.1 ~ 10 Pa​)​, ເຊິ່ງ​ເພີ່ມ​ຂຶ້ນ​ອັດ​ຕາ​ການ ionization ຂອງ​ອາຍ​ແກ​ັ​ສ​ຕິ​ກິ​ຣິ​ຍາ​ແລະ​ເລັ່ງ​ຂະ​ບວນ​ການ​ຕິ​ກິ​ຣິ​ຍາ​ທາງ​ເຄ​ມີ​ຢູ່​ໃນ substrate ໄດ້​. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ຂະບວນການ RIE ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີປະຕິກິລິຍາໂດຍຜະລິດຕະພັນທີ່ມີການປ່ຽນແປງທີ່ຈະຖືກໂຍກຍ້າຍອອກຢ່າງມີປະສິດທິພາບໂດຍລະບົບສູນຍາກາດ, ຮັບປະກັນຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ. ລະດັບພະລັງງານ RF ກໍານົດໂດຍກົງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ plasma ແລະແຮງດັນຄວາມລໍາອຽງເລັ່ງ, ດັ່ງນັ້ນການຄວບຄຸມອັດຕາການ etching. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນຂະນະທີ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ plasma ເພີ່ມຂຶ້ນ, RIE ຍັງເພີ່ມແຮງດັນຄວາມລໍາອຽງ, ເຊິ່ງສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍຂອງເສັ້ນດ່າງແລະຫຼຸດຜ່ອນການເລືອກຂອງຫນ້າກາກ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ມີຂໍ້ຈໍາກັດສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ etching. ດ້ວຍການພັດທະນາຢ່າງໄວວາຂອງວົງຈອນປະສົມປະສານຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະຂະຫນາດຂອງ transistors ຫຼຸດລົງ, ມີຄວາມຕ້ອງການຫຼາຍກວ່າເກົ່າສໍາລັບຄວາມແມ່ນຍໍາແລະອັດຕາສ່ວນໃນການຜະລິດຈຸນລະພາກແລະ nano, ນໍາໄປສູ່ການມາເຖິງຂອງເຕັກໂນໂລຊີ etching ແຫ້ງ plasma ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ, ສະຫນອງ. ໂອກາດໃໝ່ເພື່ອຄວາມກ້າວໜ້າຂອງເຕັກໂນໂລຊີຂໍ້ມູນຂ່າວສານເອເລັກໂຕຼນິກ.

3. Electron Cyclotron Resonance (ECR) Plasma Etching

ເທກໂນໂລຍີ ECR, ເປັນວິທີຕົ້ນໆສໍາລັບການບັນລຸ plasma ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ, ນໍາໃຊ້ພະລັງງານໄມໂຄເວຟເພື່ອສະທ້ອນກັບເອເລັກໂຕຣນິກພາຍໃນຫ້ອງ, ປັບປຸງໂດຍການໃຊ້ພາຍນອກ, ພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກທີ່ກົງກັບຄວາມຖີ່ເພື່ອກະຕຸ້ນການສະທ້ອນຂອງ electron cyclotron. ວິທີການນີ້ບັນລຸຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ plasma ສູງກວ່າ RIE ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເສີມຂະຫຍາຍອັດຕາການ etching ແລະການເລືອກເອົາຫນ້າກາກ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນ etching ຂອງໂຄງສ້າງອັດຕາສ່ວນ ultra-ສູງ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມສັບສົນຂອງລະບົບ, ເຊິ່ງອີງໃສ່ການປະສານງານຂອງແຫຼ່ງໄມໂຄເວຟ, ແຫຼ່ງ RF, ແລະພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ, ເຮັດໃຫ້ເກີດສິ່ງທ້າທາຍໃນການດໍາເນີນງານ. ການປະກົດຕົວຂອງ etching Inductively Coupled Plasma (ICP) ທັນທີປະຕິບັດຕາມເປັນການເຮັດໃຫ້ງ່າຍໃນ ECR.

4. ການຈັບຄູ່ກັນແບບ inductively plasma (ICP).

ເທກໂນໂລຍີ ICP etching ເຮັດໃຫ້ລະບົບງ່າຍດາຍໂດຍອີງໃສ່ເທກໂນໂລຍີ ECR ໂດຍໃຊ້ສອງແຫຼ່ງ RF 13.56MHz ເພື່ອຄວບຄຸມທັງການຜະລິດ plasma ແລະແຮງດັນ bias ເລັ່ງ. ແທນທີ່ຈະເປັນສະຫນາມແມ່ເຫຼັກພາຍນອກທີ່ໃຊ້ໃນ ECR, ທໍ່ກ້ຽວວຽນ induces ສະຫນາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າສະຫຼັບ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນ schematic. ແຫຼ່ງ RF ໂອນພະລັງງານໂດຍຜ່ານການເຊື່ອມຕໍ່ແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າກັບເອເລັກໂຕຣນິກພາຍໃນ, ທີ່ເຄື່ອນຍ້າຍໃນ cyclotron motion ພາຍໃນພາກສະຫນາມ induced, colliding ກັບທາດອາຍຜິດຕິກິຣິຍາທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ເກີດ ionization. ການຕິດຕັ້ງນີ້ບັນລຸຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ plasma ທຽບກັບ ECR. ICP etching ປະສົມປະສານຄວາມໄດ້ປຽບຂອງລະບົບ etching ຕ່າງໆ, ຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບອັດຕາການ etching ສູງ, ການຄັດເລືອກສູງ, ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະງ່າຍດາຍ, ໂຄງສ້າງອຸປະກອນທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງກາຍເປັນທາງເລືອກທີ່ມັກສໍາລັບການຜະລິດໃຫມ່ຂອງເຕັກໂນໂລຊີ etching plasma ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ. .

5. ຄຸນລັກສະນະຂອງການຕົບແຕ່ງແຫ້ງ

ເທກໂນໂລຍີ etching ແຫ້ງໄດ້ປະຕິບັດຢ່າງໄວວາຕໍາແຫນ່ງຕົ້ນຕໍໃນ micro ແລະ nanofabrication ເນື່ອງຈາກ anisotropy ດີກວ່າແລະອັດຕາການ etching ສູງ, ທົດແທນການ etching ຊຸ່ມ. ມາດຖານສໍາລັບການປະເມີນເຕັກໂນໂລຊີ etching ແຫ້ງທີ່ດີປະກອບມີການຄັດເລືອກຫນ້າກາກ, anisotropy, ອັດຕາການ etching, ເອກະພາບໂດຍລວມ, ແລະຄວາມລຽບຂອງຫນ້າດິນຈາກຄວາມເສຍຫາຍຂອງເສັ້ນດ່າງ. ດ້ວຍ​ມາດ​ຖານ​ການ​ປະ​ເມີນ​ຜົນ​ຫຼາຍ​ຢ່າງ, ສະ​ຖາ​ນະ​ການ​ສະ​ເພາະ​ຕ້ອງ​ໄດ້​ຮັບ​ການ​ພິ​ຈາ​ລະ​ນາ​ໂດຍ​ອີງ​ໃສ່​ຄວາມ​ຕ້ອງ​ການ​ຂອງ​ການ​ຜະ​ລິດ. ຕົວຊີ້ວັດໂດຍກົງທີ່ສຸດຂອງ etching ແຫ້ງແມ່ນ morphology ດ້ານ, ລວມທັງການຮາບພຽງຂອງພື້ນ etched ແລະ sidewalls ແລະ anisotropy ຂອງ terraces etched, ເຊິ່ງທັງສອງສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ໂດຍການປັບອັດຕາສ່ວນຂອງຕິກິຣິຍາເຄມີກັບການລະເບີດທາງກາຍະພາບ. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວການກຳນົດລັກສະນະກ້ອງຈຸລະທັດຫຼັງການປັກແສ່ວແມ່ນເຮັດໂດຍການນຳໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດສະແກນເອເລັກໂຕຣນິກ ແລະກ້ອງຈຸລະທັດຜົນບັງຄັບໃຊ້ປະລໍາມະນູ. ການຄັດເລືອກຫນ້າກາກ, ຊຶ່ງເປັນອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມເລິກຂອງການ etching ຂອງຫນ້າກາກກັບອຸປະກອນການພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂ etching ດຽວກັນແລະເວລາ, ແມ່ນສໍາຄັນ. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ການເລືອກທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການໂອນຮູບແບບທີ່ດີກວ່າ. ຫນ້າກາກທົ່ວໄປທີ່ໃຊ້ໃນ ICP etching ປະກອບມີ photoresist, ໂລຫະ, ແລະຮູບເງົາ dielectric. Photoresist ມີການຄັດເລືອກທີ່ບໍ່ດີແລະສາມາດຍ່ອຍສະຫຼາຍພາຍໃຕ້ອຸນຫະພູມສູງຫຼືລະເບີດທີ່ແຂງແຮງ; ໂລຫະມີການຄັດເລືອກສູງແຕ່ເຮັດໃຫ້ເກີດສິ່ງທ້າທາຍໃນການກໍາຈັດຫນ້າກາກແລະມັກຈະຕ້ອງການເຕັກນິກການເຮັດຫນ້າກາກຫຼາຍຊັ້ນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຫນ້າກາກໂລຫະອາດຈະຕິດກັບ sidewalls ໃນລະຫວ່າງການ etching, ປະກອບເປັນເສັ້ນທາງຮົ່ວ. ດັ່ງນັ້ນ, ການເລືອກເທກໂນໂລຍີຫນ້າກາກທີ່ເຫມາະສົມແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນໂດຍສະເພາະສໍາລັບການ etching, ແລະການເລືອກອຸປະກອນຫນ້າກາກຄວນໄດ້ຮັບການກໍານົດໂດຍອີງໃສ່ຄວາມຕ້ອງການປະສິດທິພາບສະເພາະຂອງອຸປະກອນຕ່າງໆ.**