SiC-etsning är en integrerad del av tillverkningen av kraftenheter och mikrosystem. Att uppnå en hög etshastighet utan att försämra ytkvaliteten kan dock vara en utmaning på grund av kiselkarbidens hårdhet och kemiska stabilitet.
Processparametrarna har en enorm effekt på ytmorfologin, sidoväggens lutningsvinkel för MESA-strukturer och trenchstrukturer samt på mikrotrencher efter etsning.
Kemisk etsning
Kemisk etsning innebär att en metallplåt baddas i kemikalier för att avlägsna en del av ytan. En mängd olika faktorer påverkar hastigheten och effektiviteten i kemiska etsningsprocesser, inklusive koncentration, temperatur och omrörning - noggrann kontroll över dessa variabler säkerställer högkvalitativa och exakta resultat.
Innan etsning av metallplåtar måste de först rengöras noggrant med aceton, etylalkohol och avjoniserat vatten i ultraljudsbad - detta sätter scenen för de komplexa kemiska reaktioner som krävs för att ändra deras strukturer. Därefter appliceras fotoresist som fångar upp önskade mönster eller design innan de exponeras för ultraviolett (UV) ljus med hjälp av en speciell mask som en del av denna invecklade process.
Kemi som induceras av UV-ljus ger upphov till dramatiska förändringar i material. Kemiska reaktioner etsar bort metallplåtar under fotoresist och avslöjar intrikata mönster som etsats på ytan. Tillsammans förenas konst och vetenskap i denna utsökta utställning som formar materialens väg mot att bli omsorgsfullt designade slutprodukter.
Experimenten utfördes med 6H-SiC-substrat täckta med 1 um tjocka krommasker med fönster av olika geometrier och linjära storlekar, varvid rotmedelkvadratråheten mättes med ett atomkraftsmikroskop på fem platser för varje prov. När trycket ökade från 8 till 30 millitorr sjönk etsningshastigheten stadigt på grund av minskade flöden av reaktiva fluorjoner som nådde SiC-ytan.
Plasmaetsning
Plasmaetsning är ett oumbärligt verktyg för att framställa exakta och högupplösta detaljer på olika substratmaterial. Valet och blandningen av gas (etsmedel) i plasmat avgör dess hastighet, selektivitet och profil som en etsad yta; dess joner kan antingen fysiskt spruta bort atomer från substratytor eller ge energi som driver kemiska reaktioner på dem.
Olika kombinationer av gaser och plasmaparametrar har undersökts för att uppnå optimala plasmaetsningsresultat. I synnerhet har användning av SF6 + O2-plasma visat sig vara mycket framgångsrikt för nästan vertikala etsprofiler med höjder upp till 87 grader; å andra sidan producerar BCl3-plasma strukturer som kanske inte är lika djupa och har en lutningsvinkel på 40 grader [23].
En annan viktig parameter vid plasmagenerering är RF-effekt: högre effekt möjliggör snabbare avlägsnande av flyktiga reaktionsprodukter från ytan på etsningsområden och förbättrad selektivitet, medan temperaturen på substrathållarna också spelar en roll; när substratytans temperatur ökar, ökar också etshastigheten och selektiviteten; denna effekt begränsas dock av vissa värden på DC-förspänningen; bortom vilken kemiska reaktioner tar över kontrollen över etshastigheterna eftersom deras koncentration relaterar till kisel-kolinteraktioner.
Etsning med kemisk förångningsdeposition (CVD)
I denna process används en CVD-reaktor med hög temperatur för att bilda en kiselkarbidfilm på ytan av ett basmaterial. Silan- eller klorosilanprekursorer fungerar vanligtvis som reaktanter i denna reaktionsprocess.
MTS (metyltriklorsilan) fungerar som en prekursor för tillverkning av kiselkarbidfilmer och kräver både kisel och kol för att skapa sin kristallina form, tillsammans med klor för kloreringsändamål för att underlätta bildandet av denna film. En vätgas måste också tillföras för att MTS ska kunna brytas ned till mellanprodukter som innehåller både kisel och klor innan de reagerar med kisel i en ytreaktion och bildar nya kiselkarbidskikt.
CVD-beläggningar av kiselkarbid är slitstarka, högpresterande tunnfilmsytor som är utformade för att appliceras på en rad olika substrat. De är idealiska för beläggning av precisionsytor som kräver hög vidhäftning, t.ex. på högupplösta datorer eller precisionsmaskiner. Du kan applicera dem på keramik, glas, metaller och legeringar, inklusive gängade områden eller komplicerade ytor som tätningar.
CVD-kiselkarbid används ofta i tillämpningar inom halvledarindustrin, t.ex. som fokusringar i utrustning för plasmaetsning. På grund av sin låga kemiska och elektriska reaktivitet samt överlägsna termiska och elektriska egenskaper är CVD-kiselkarbid ett utmärkt materialval i sådana applikationer. Dessutom kan CVD-kiselkarbidens jämna uppvärmning förbättra temperaturen i bearbetningskammaren samtidigt som den bidrar till att minimera avfallet som skapas under etsningsprocessen - vilket sparar både kemikalier och avfallsresurser under denna process.
Fysisk etsning
Fysisk etsning innebär att material avlägsnas från kiselkarbidytor (SiC) genom kemiska reaktioner och fysisk sputtering, vilket ger vertikala sidoväggar som är lättare att rikta in under efterföljande bearbetningssteg eller i slutapplikationer. Etsningen kan styras på flera sätt, t.ex. genom förspänning av substratet, gaspulsering och slutpunktsdetektering, medan valet av etsgas påverkar dess profil, lutningsvinkel och ytmorfologiska egenskaper.
Ett ICP-RIE-system kan användas för att fysiskt etsa SiC. Som målmaterial har detta vanligtvis formen av en hård mask med olika geometrier och linjebredder som mönstrats in i den. En plasma som innehåller reaktiva ämnen används sedan för att kemiskt etsa SiC innan dess joner accelererar mot substratet för att fysiskt avlägsna material via kemisk reaktion samt fysiska sputteringsprocesser; därefter avlägsnas slutligen masken innan denna cykel upprepas.
Som en del av etsningsprocessen kan icke-flyktiga kemiska föreningar avsättas på den yta som etsas. I kombination med repor på substratytan leder dessa föroreningar ofta till vad som kallas "mikromaskeffekt", vilket försämrar kvaliteten på de resulterande strukturerna och potentiellt hindrar prestanda.
För att utvärdera temperaturens inverkan på SiC-etsningsbeteendet utfördes flera kontrollexperiment. 6H-SiC-wafers monterades på krommasker med fönster av olika geometri och linjebredd, och mätningar gjordes med både ett svepelektronmikroskop (ZISS AURIGA 60) och ett profilometrisystem med kontaktstift ("Dektak 150 Surface Profiler", Veeco Instrument.
Swedish 
English