Composants en silicium pour gravure à sec

L'équipement de gravure à sec n'utilise aucun produit chimique humide pour la gravure. Il introduit principalement un agent de gravure gazeux dans la chambre via une électrode supérieure dotée de minuscules trous traversants. Le champ électrique généré par les électrodes supérieure et inférieure ionise l'agent de gravure gazeux, qui réagit ensuite avec le matériau à graver sur la tranche, produisant des substances volatiles. Ces substances volatiles sont ensuite extraites de la chambre de réaction, complétant ainsi le processus de gravure.

La réaction de gravure sèche a lieu dans une chambre de traitement composée principalement decomposants en silicium, comprenant un anneau d'échappement en silicium, un anneau extérieur en silicium, une pomme de douche en silicium, un anneau de mise au point en silicium et un anneau de protection en silicium.

Dans une chambre de gravure sèche, une plaquette de silicium est généralement placée dans un anneau de focalisation en silicium. Cette combinaison sert d’électrode positive, positionnée sous la chambre de gravure. Un disque de silicium doté de minuscules trous traversants densément remplis, situé au-dessus de la chambre, sert d'électrode négative. Un anneau extérieur en silicium supporte l'électrode supérieure et d'autres composants associés. Les électrodes supérieure et inférieure sont en contact direct avec le plasma. À mesure que le plasma grave la plaquette de silicium, il use également les électrodes de silicium supérieure et inférieure. L'électrode inférieure (bague de mise au point) s'amincit progressivement au cours du processus de gravure, nécessitant un remplacement lorsque l'épaisseur atteint un certain niveau. De plus, les trous uniformément répartis dans l'électrode supérieure (pomme de douche) sont corrodés par le plasma, provoquant des variations de taille des trous. Une fois que ces variations atteignent un certain niveau, il faut les remplacer. En règle générale, un cycle de remplacement est requis toutes les 2 à 4 semaines d'utilisation.

Cette section explique spécifiquement le rôle de la bague de focalisation en silicium (électrode inférieure). Il contrôle l’épaisseur de la gaine du plasma, optimisant ainsi l’uniformité du bombardement ionique. La gaine de plasma, la région non neutre située entre le plasma et la paroi vasculaire, est une région cruciale et unique au sein du plasma. Le plasma est constitué d’un nombre égal d’ions positifs et d’électrons. Parce que les électrons se déplacent plus rapidement que les ions, ils atteignent en premier la paroi du vaisseau. Le plasma est chargé positivement par rapport à la paroi du vaisseau. Le champ électrique de la gaine accélère les ions dans le plasma (attraction positive-négative), leur conférant une énergie élevée. Ce flux ionique à haute énergie permet le revêtement, la gravure et la pulvérisation.

L'impédance de la plaquette affecte l'épaisseur de la gaine du plasma (plus l'impédance est faible, plus la gaine est épaisse). L'impédance au centre de la tranche est différente de celle au bord, ce qui entraîne une épaisseur de gaine de plasma inégale au bord. Cette gaine de plasma inégale accélère les ions mais dévie également le point de bombardement ionique, réduisant ainsi la précision de la gravure. Par conséquent, un anneau de focalisation est nécessaire pour contrôler l’épaisseur de la gaine du plasma, optimisant ainsi la direction du bombardement ionique et améliorant la précision de la gravure.

En prenant comme exemple la bague de focalisation autour de la tranche, bien que le quartz, avec sa grande pureté, soit optimal pour obtenir une faible contamination métallique, il se corrode rapidement dans le plasma de gaz fluorure, ce qui entraîne une courte durée de vie. Cela augmente non seulement les coûts, mais nécessite également des temps d'arrêt dus au remplacement, réduisant ainsi la disponibilité de l'équipement. La céramique, tout en ayant une durée de vie suffisamment longue, est exposée à un bombardement ionique de haute énergie. L'aluminium pulvérisé réagit avec le fluor présent dans le plasma pour former des fluorures non volatils (tels que le fluorure d'aluminium). Si ceux-ci ne peuvent pas être retirés et déposés sur la surface du dispositif ou sur la résine photosensible au bord de la plaquette, ils empêchent l'élimination ultérieure des fluorures et de la résine photogénique générés, ce qui a un impact sur le rendement du produit. Des matériaux plus appropriés sont le silicium monocristallin ou le carbure de silicium. Cependant, le silicium monocristallin est peu coûteux mais a une durée de vie courte, tandis que le carbure de silicium est plus cher mais a une durée de vie légèrement plus longue. Le compromis entre ces deux options dépend des circonstances spécifiques. Par exemple, si l'utilisation de l'équipement est élevée et que la disponibilité est critique, le carbure de silicium doit être utilisé. Si les coûts d'usure du composant ne sont pas trop élevés, il convient d'utiliser du silicium monocristallin.

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