ICP-RIE-etsning av kiselkarbid

För att utvärdera kvaliteten på etsad kiselkarbid krävs att man mäter ytjämnheten (root mean square roughness, RMS). Resultaten från en fördjupad studie visar att det finns ett direkt samband mellan plasmaeffekt och UDC-parametrar för etsningsprocessen och ytmorfologin.

Vid etsningsprocessen interagerar plasmagenererade kemiska föreningar med kiselkarbidsubstratet och avsätter sina molekyler på dess yta, vilket leder till lokala skillnader i kemisk sammansättning och skapar lokala heterogeniteter i dess kemiska sammansättning.

Etchanter

Valet av etsmedel beror på vilka krav som ställs på det etsade mönstret. Vissa etsmedel är t.ex. bättre lämpade för etsning av polykristallin 3C-SiC än enkelkristallin SiC, och deras etshastighet beror också på temperaturfluktuationer. Ibland kan det också vara nödvändigt att kombinera flera etsmedel för att bilda icke plana mikrostrukturer, t.ex. diken eller mesastrukturer med lutande sidoväggar i kontrollerade vinklar med hjälp av ICP-RIE. Alla dessa variabler kan hanteras och styras med ICP-RIE.

ICP-RIE är en effektiv kombination av fysikaliska och kemiska etsmekanismer som gör det möjligt att skapa komplexa mönster genom att skickligt styra både flödet av reaktiva joner och energitillförseln. För att undvika ojämna sidoväggar och underskärning på maskytorna måste flödet styras genom att RF-effekten justeras så att plasmajonerna accelereras och en självpolariserande spänning skapas för substratytan och substratytan. Denna balans kan hittas genom ICP-RIE:s förmåga att uppnå balans vid utformning av komplexa mönster med invecklade detaljer på komplexa ytor - skapa komplexa mönster med stor detaljrikedom på ytor utan underskärning av sidoväggar eller underskärning på maskytor. Men för att skapa mönster på maskytor måste man också se till att det uppstår jämna sidoväggar eller underskärning eftersom denna balans måste upprätthållas mellan fysiska och kemiska etsningsmekanismer, med balanserade flöden från reaktiv jonflödesenergi för att undvika ojämna sidoväggar eller underskärning på ytmaskytor. För att göra det effektivt måste du noggrant hantera reaktiva jon- och energiflöden/energiflöden/energi via kontroll av reaktivt jonflöde/energiflöde/energi som ICP-RIE-processen kan möjliggöra detta genom att skickligt kontrollera flöde/energiflöde/energiflöde/energiflöde/energiflöde/energi genom att noggrant manipulera flöde/energi/flöde medan energi kan kontrolleras / genereras / genereras genom att kontrollera / justera RF-effekten för att accelerera plasmajoner som genereras, vilket skapar självpolariseringsspänning på substratet.

Genom att välja ett optimalt temperaturläge för substrathållare kan etshastigheten ökas ytterligare. Denna effekt uppstår eftersom all kolsyra som finns på den täckta ytan blir involverad i en kemisk reaktion när temperaturen ökar, vilket leder till att etshastigheten utjämnas över både defektfria och ofullkomliga områden på kiselkarbidsubstratet.

En annan faktor som påverkar etshastighet och kvalitet är den gassammansättning som används i plasma. Här kan mängden närvarande syre ha en inverkan på radikalernas uppehållstid på ytor som etsas; denna effekt förstärks med högre gasflödeshastigheter. Därför rekommenderas starkt att man använder en etsningsgaskomposition som innehåller 20-25% syre för att uppnå maximal etshastighet.

Förberedelser

ICP-RIE är en torr etsningsmetod som ofta används för att tillverka olika halvledarkomponenter. Etsningstekniken har visat sig vara särskilt användbar för bearbetning av hårda material som kiselkarbid, som har potential att användas i olika kraftelektronikenheter5 och mikroelektromekaniska system (MEMS). ICP-RIE kan också producera icke plana strukturer, som MESA-strukturer med lutande sidoväggar eller dikesstrukturer med avsmalnande sidor, samtidigt som man bibehåller höga nivåer av ytjämnhet. Framgång för ICP-RIE vid etsning av SiC beror i hög grad på valet av lämpliga processparametrar; för att få optimala etsningsresultat måste processen vara helt repeterbar och stabil, utan erosion av maskmaterialet och utan "mikromaskning".

ICP-RIE har visat sig vara mycket framgångsrikt vid etsning av SiC för applikationer som kraftelektronik och MEMS, men processen är inte utan utmaningar; därför måste lämpliga etsningsförhållanden väljas noggrant för att inte skada substratet och justeras under etsningsprocessen för att uppnå önskat resultat.

En viktig faktor för etsningsförhållandena i plasma är syrekoncentrationen. Studier har visat att etshastigheten för SiC är starkt beroende av syrehalten i plasman; när syrehalten i plasman ökar sjunker etshastigheten för SiC på grund av att fluorkoncentrationen späds ut med syre och flyktiga SiFx (1×4)-föreningar bildas på de ytor som etsas med plasma.

Dessutom måste plasmatemperaturen skräddarsys för att reglera etsningsprocessen. Etsning bör ske under SiC:s smältpunkt för bästa resultat när det gäller att undvika oxidation och sprickbildning i substratet under etsning; idealiska temperaturer skulle ligga inom intervallet 300-400 grader för att minimera tidskrävande processer och samtidigt eliminera risken för termisk stress i MESA-strukturer eller dikesstrukturer.

Etsning

Kiselkarbidetsning kan utföras med olika metoder, från våtetsning och gasetsning till vätskeetsning (t.ex. vatten) och plasma för att exakt definiera parametrarna för en etsningsprocess, t.ex. hastighet, sidoväggens lutningsvinkel för MESA-strukturer, ytmorfologi och ytråhet. Det är viktigt att alla dessa parametrar är exakt specificerade för att optimera resultaten.

När det gäller induktivt kopplad plasma (ICP) med SF6 + O2 är det särskilt viktigt att välja lämpliga processförhållanden, eftersom denna gasblandning gör det möjligt för användare att skapa strukturer med nästan vertikala väggar samtidigt som den ger en hög etsningshastighet.

Undersökning av effekten av substrathållartemperatur på etsningsprocesser har studerats på djupet, och resultaten visade att rotmedelkvadratråheten hos SiC-ytor minskade med ökande temperaturer hos substrathållare; detta kan tillskrivas ökande bidrag från kemiska komponenter; utjämningshastigheter över defektfria och ofullkomliga regioner i SiC-substratets kristallgitter; eller minskad omlagring på grund av jonbombardemang.

Som framgår av SEM-mikrofotografierna i fig. 6 uppvisade den efterföljande strukturen hög kvalitet när etsningen utfördes med en plasmaeffekt på 25 W. Omvänt, när den utfördes med lägre RIE-effekter sjönk kvaliteten och pelare kunde ses på ytan.