Ministerul Educatiei al Republicii Moldova
Universitatea Tehnica a Moldovei
Facultatea Calculatoare, Informatica si Microelectronica
Catedra: Microelectronica si Dispozitive cu Semiconductori
Raport
La Proiectari si tehnologii VLSI
Tema: Cercetarea procesului corodarii uscate in tehnologia VLSI
Scopul lucrarii: A face cunostinta cu procesul corodarii uscate si de cercetat viteza de corodare a diferitelor pelicule in dependenta de compozitia plasmei si a parametrilor ei.
Notiuni teoretice:
Corodarea uscata reprezinta procesul de inlaturare a materialului de pe suprafata plachetei fara de utilizarea in proces a agentilor chimici in stare lichida. Corodarea uscata poate fi realizata prin unul din urmatoarele procese: 1) Prin reactii chimice care consuma materialul, folosind gaze reactive sau plasma; 2) Eliminarea fizica a materialului, de obicei prin transfer de impuls; 3) Combinatia intre indepartarea fizica si reactii chimice.
Cand procesul de corodare se realizeaza la presiune scazuta si prin bombardarea cu ioni sau cu electroni se produc reactii chimice locale cu degajare de compusi volatili. In functie de tipul de reactor utilizat exista 929b13j trei tipuri principale de corodare uscata:
- Corodare cu ioni reactivi (RIE).
Placutele de corodat sunt introduse in reactor impreuna cu o serie de gaze. Cu ajutorul unei surse de energie inalta (RF) se produc ioni care bombardeaza suprafetele placutelor. O parte din ioni, avand suficienta energie pot scoate atomii din materialul corodat fara reactii chimice (similar ca la procesul de depunere de tip PVD). O alta parte din ioni produc reactii chimice si se corodeaza zonele dorite. Procesul este complex si presupune o combinatie de efecte chimice si fizice.
- Corodare fara ioni reactivi – Sputter etching este apropiata de tehnologia de depunere PVD – sputtering. Diferenta consta in aceea ca se urmareste corodare si nu depunere.
Sputtering
Tehnologia Sputtering presupune scoaterea materialului de depunere din sursa la o temperatura mult mai scazuta decat evaporarea. Principial, metoda presupune introducerea placutei de substrat si a materialului de depunere intr-o incinta vidata si in prezenta unui gaz inert. Cu ajutorul unei surse de putere gazul este adus in stare de plasma. Ionii astfel formati sunt accelerati inspre suprafata materialului de depunere cauzand eliberarea de atomi care vor condensa pe suprafata placutei realizand stratul de depunere.
- Corodare cu vapori reactivi . Procedeul presupune corodarea zonelor intr-un mediu cu gaz sau cu amestec de gaz coroziv.
Procedeele de corodare a straturilor stau si la baza tehnologiei “straturilor de sacrificiu”. In esenta, procedeul presupune depunerea si configurarea unor straturi care reprezinta negativul unor spatii sau cavitati. In final, aceste straturi se indeparteaza rezultand configuratia dorita.
Cele mai multe metode de corodare uscate sunt bazate pe plasma. Fata de corodarea umeda au avantajul unei subcorodari mai mici (ceea ce permite obtinerea traseelor mai subtiri) si anizotropie mai ridicata (deci obtinem structuri verticale cu raport mare de aspect). Dezavantaje: selectivitatea este mai redusa in corodarea uscata fata de cea umeda si putem considera viteza de corodare finita. Pentru a obtine directionalitate se folosesc trei metode uscate: corodare cu plasma la mare presiune, corodare cu ioni reactivi (RIE) si moara de ioni.
Moara de ioni este procesul fizic care utilizeaza ioni inerti accelerati (Ar+), care vin perpendicular pe suprafata pentru a inlatura materialul (presiune 10-4 – 10-3 torr). Principala caracteristica a acestei metode este viteza de corodare foarte scazuta (de ordinul a cativa nm/min.) si selectivitate saraca (aproape de 1:1 pentru cele mai multe materiale). In corodarea cu plasma la mare presiune (10-1-5 torr) se creaza specii reactive care reactioneaza cu materialul de corodat. Produsele de reactie sunt volatile, astfel ca difuzeaza si materialul nou este expus la speciile reactive. Daca se doreste directionalitate se poate obtine cu metoda de pasivare a peretilor. Corodarea RIE, numita si corodarea asistata de ioni este o combinatie intre procesele fizice si chimice. In aceasta metoda speciile reactive reactioneaza cu materialul numai cand suprafetele sunt activate prin coliziunea ionilor incidenti de la plasma. Ca si in metoda precedenta directionalitatea vitezei ionilor produce mult mai multe coliziuni cu suprafata orizintala decat cu peretii, generand astfel corodari mai rapide pe directia verticala. Si in acest caz putem folosi pasivarea peretilor pentru a creste anizotropia.
Fig. 1 Mecanismul de corodare pentru a) moara de ioni;
b) corodare cu plasma la presiune mare; c) RIE
Un caz interesant este DRIE (deep RIE), cu care se obtine un factor de aspect 30:1 si viteze de corodare a Si de 2-3µm/min. In aceasta metoda pasivarea si corodarea se fac secvential intr-un ciclu de 2 pasi, cum se arata in fig. 2.
Fig.2 Procesul ciclic DRIE: a) pattern-ul fotorezistului; b) proces de corodare;
c) proces de pasivarea; d) alt proces de corodare
Metoda corodarii uscate tinde sa inlocuiasca metodele clasice de corodare chimica umeda in fabricarea circuitelor integrate pe scara mare, datorita posibilitatii de a transfera mult mai precis configuratiile fotorezistului.
Criteriul de calitate a transferarii imaginii este rezolutia obtinuta in rezultatul procesului de corodare, si se caracterizeaza de 2 prametri: I) Supracorodarea – diferenta dimensiunilor laterale a figurii corodate la nivelul interfetei si al mastii; II) Gradul de anizotropie.
Fig.3. Profilul corodarii. Corodarea laterala sub masca de rezist considerind rezistul necorodabil.
Procesul de corodare cu o supracorodare nula (fig. 3a) este perfect anizotrop. Astfel de corodare produce un profil al marginii stratului gravat perfect vertical si coincident cu marginea mastii de rezist. Prin urmare configuratiile transferate au o fidelitate perfecta. In acest caz rata corodarii laterale, sub masca, este nula. In particular, in cazul unui proces izotrop, caracterizat prin egalitatea ratelor de corodare laterala si verticala, profilul rezultat dupa corodare are forma unui sfert de cerc.
Selectivitatea procesului de corodare reprezinta raportul dintre rata corodare a stratului de interes si cea a altui strat.
Corodarea cu fascicul de ioni: Reprezinta pulverizarea catodica a suprafetei plachetei sub actiunea bombardarii ei cu flux de ioni ai gazelor inerte de energii mari. Procesul de corodare este de natura fizica, fiindca consta in transferul impulsului de la ionul accelerat la atomi de pe suprafata si, ca rezultat, ultimii primesc un impuls necesar pentru a parasi suprafata. Avantajele acestui proces sunt:
Se pot coroda orice materiale;
Are cea mai mare rezolutie dintre toate metodele de corodare;
Se pot confectiona elemente mai mici de 10nm;
Corodarea in plasma gazelor inerte: se bazeaza pe folosirea ionilor gazelor inerte, Ar+, cu o energie destul de mare (:500eV). Daca in camera de lucru in afara de gazul inert este introdus si un alt gaz activ chimic, atunci procesul se numeste corodare in plasma de ioni reactivi.
Fizica procesului de corodare in plasma
Procesul de corodare in plasma cu utilizarea gazului inert –argon este determinat de procesul fizic de transfer al impulsului. Viteza de corodare in prima aproximatie depinde de factorii: densitatea fluxului de ioni in directia plachetei si cantitatea atomilor pulverizati de catre un ion incident. Randamentul de pulverizare depunde de energia si masa atomica a ionului, a caldurii de sublimare a materialului supus corodarii si unghiului de incidenta a ionului.
Ordinea indeplinirii lucrarii:
Am facut cunostinta cu instructiunea de exploatare a instalatiei VUP-4;
Am primit de la profesor 2 plachete din Si acoperite selectiv cu fotorezist, ZnS, SiO2, Al;
Am asezat probele cu ajutorul pensetei pe masuta instalatiei, si am acoperit catodul instalatiei cu un cilindru special de sticla conectat la anod (contactul de la sursa de alimentare cu tensiune inalta) ;
Dupa ce am inchis instalatia cu un clopot de sticla am conectat la reteaua de alimentare cu energie electrica pompele mecanice si de difuzie pentru obtinerea unui vid inalt in camera de lucru;
Dupa formarea vidului necesar am conectat tensiunea inalta intre catod si anod si am fixat valoarea de 1.5kV dupa care am deschis si am permis intrarea in camera de lucru a unui flux constant de Ar astfel incit sa avem o licarire roza in cilindrul de sticla si o tensiune constanta de 1.5kV.
Probele au fost supuse procesului de corodare timp de 30 min. Dupa incheierea procesului de corodare s-a constat ca pe placheta cu fotorezist, fotorezistul a fost inlaturat complet in timpul procesului de corodare uscata, iar pe placheta care avea depuse segmente de Al, acesta a mai ramas inca datorita grosimii initiale pe care o avea mai mare decit cea a fotorezistului si probabil a selectivitatii la corodare.
Concluzie:
Datorita redarii cu o exactitate sporita a profilului mastii pe placheta si datorita gradului inalt de anizotropie, procesul corodarii uscate este un parametru cheie in tehnologia circuitelor integrate la scara inalta si foarte inalta, deoarece permite micsorarea dimensiunilor componentelor pina la 10 nm.
|
