W procesie produkcji półprzewodnikówakwafortaTechnologia to krytyczny proces stosowany do precyzyjnego usuwania niepożądanych materiałów z podłoża w celu utworzenia złożonych wzorów obwodów. W tym artykule szczegółowo przedstawimy dwie główne technologie trawienia – trawienie plazmą ze sprzężeniem pojemnościowym (CCP) i trawienie plazmą ze sprzężeniem indukcyjnie (ICP) i zbadać ich zastosowanie w trawieniu różnych materiałów.
Trawienie plazmowe ze sprzężeniem pojemnościowym (CCP)
Trawienie plazmowe ze sprzężeniem pojemnościowym (CCP) osiąga się poprzez przyłożenie napięcia RF do dwóch równoległych elektrod płytkowych poprzez układ dopasowujący i kondensator blokujący prąd stały. Obie elektrody i plazma tworzą razem równoważny kondensator. W tym procesie napięcie RF tworzy powłokę pojemnościową w pobliżu elektrody, a granica powłoki zmienia się wraz z szybkimi oscylacjami napięcia. Kiedy elektrony docierają do tej szybko zmieniającej się powłoki, zostają odbite i zyskują energię, co z kolei powoduje dysocjację lub jonizację cząsteczek gazu, tworząc plazmę. Trawienie CCP jest zwykle stosowane do materiałów o wyższej energii wiązań chemicznych, takich jak dielektryki, ale ze względu na niższą szybkość trawienia nadaje się do zastosowań wymagających dokładnej kontroli.
Trawienie plazmowe sprzężone indukcyjnie (ICP)
Indukcyjnie sprzężona plazmaakwaforta(ICP) opiera się na zasadzie, że prąd przemienny przepływa przez cewkę w celu wytworzenia indukowanego pola magnetycznego. Pod działaniem tego pola magnetycznego elektrony w komorze reakcyjnej są przyspieszane i nadal przyspieszają w indukowanym polu elektrycznym, ostatecznie zderzając się z cząsteczkami gazu reakcyjnego, powodując dysocjację lub jonizację cząsteczek i utworzenie plazmy. Metoda ta umożliwia uzyskanie wysokiego współczynnika jonizacji oraz niezależną regulację gęstości plazmy i energii bombardowania, co sprawia, żeTrawienie ICPbardzo odpowiedni do trawienia materiałów o niskiej energii wiązań chemicznych, takich jak krzem i metal. Ponadto technologia ICP zapewnia również lepszą jednorodność i szybkość trawienia.
1. Trawienie metalu
Trawienie metali stosuje się głównie do obróbki połączeń wzajemnych i wielowarstwowego okablowania metalowego. Jego wymagania obejmują: wysoką szybkość trawienia, wysoką selektywność (większą niż 4:1 dla warstwy maski i większą niż 20:1 dla dielektryka międzywarstwowego), wysoką równomierność trawienia, dobrą kontrolę wymiarów krytycznych, brak uszkodzeń plazmy, mniej pozostałości zanieczyszczeń i brak korozji metalu. Do trawienia metali zwykle wykorzystuje się sprzęt do trawienia plazmowego sprzężonego indukcyjnie.
•Trawienie aluminium: Aluminium jest najważniejszym materiałem drutu na środkowym i tylnym etapie produkcji chipów, a jego zalety to niska rezystancja, łatwe osadzanie i trawienie. Do trawienia aluminium zwykle wykorzystuje się plazmę wytwarzaną przez gazowy chlorek (taki jak Cl2). Aluminium reaguje z chlorem, tworząc lotny chlorek glinu (AlCl3). Ponadto można dodać inne halogenki, takie jak SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 itp., aby usunąć warstwę tlenku z powierzchni aluminium i zapewnić normalne trawienie.
• Trawienie wolframu: W wielowarstwowych strukturach połączeń drutów metalowych, wolfram jest głównym metalem używanym do łączenia środkowej części chipa. Do trawienia metalicznego wolframu można stosować gazy na bazie fluoru lub chloru, ale gazy na bazie fluoru mają słabą selektywność w stosunku do tlenku krzemu, podczas gdy gazy na bazie chloru (takie jak CCl4) mają lepszą selektywność. Do gazu reakcyjnego zwykle dodaje się azot, aby uzyskać wysoką selektywność trawienia kleju, oraz tlen, aby zmniejszyć osadzanie się węgla. Trawienie wolframu gazem na bazie chloru pozwala uzyskać trawienie anizotropowe i wysoką selektywność. Gazy stosowane w suchym trawieniu wolframu to głównie SF6, Ar i O2, spośród których SF6 może zostać rozłożony w plazmie, tworząc atomy fluoru, a wolfram do reakcji chemicznej prowadzącej do wytworzenia fluoru.
• Wytrawianie azotkiem tytanu: Azotek tytanu, jako twardy materiał maski, zastępuje tradycyjną maskę z azotku krzemu lub tlenku w podwójnym procesie damasceńskim. Trawienie azotkiem tytanu stosuje się głównie w procesie otwierania twardej maski, a głównym produktem reakcji jest TiCl4. Selektywność pomiędzy tradycyjną maską a warstwą dielektryczną o niskim k nie jest wysoka, co będzie prowadzić do pojawienia się profilu w kształcie łuku na wierzchu warstwy dielektrycznej o niskim k i powiększenia szerokości rowka po wytrawieniu. Odstęp pomiędzy liniami osadzonego metalu jest zbyt mały, co może powodować wycieki mostkowe lub bezpośrednie awarie.
2. Trawienie izolatorów
Przedmiotem trawienia izolatorów są zwykle materiały dielektryczne, takie jak dwutlenek krzemu lub azotek krzemu, które są szeroko stosowane do tworzenia otworów stykowych i otworów kanałowych w celu łączenia różnych warstw obwodów. Trawienie dielektryczne zwykle wykorzystuje wytrawiacz oparty na zasadzie trawienia plazmowego sprzężonego pojemnościowo.
• Trawienie plazmowe warstwy dwutlenku krzemu: Folia dwutlenku krzemu jest zwykle trawiona przy użyciu gazów trawiących zawierających fluor, takich jak CF4, CHF3, C2F6, SF6 i C3F8. Węgiel zawarty w gazie trawiącym może reagować z tlenem w warstwie tlenkowej, tworząc produkty uboczne CO i CO2, usuwając w ten sposób tlen z warstwy tlenkowej. CF4 jest najczęściej stosowanym gazem trawiącym. Kiedy CF4 zderza się z elektronami o wysokiej energii, powstają różne jony, rodniki, atomy i wolne rodniki. Wolne rodniki fluoru mogą reagować chemicznie z SiO2 i Si, tworząc lotny tetrafluorek krzemu (SiF4).
• Trawienie plazmowe warstwy azotku krzemu: Folię azotku krzemu można trawić za pomocą trawienia plazmowego za pomocą gazu CF4 lub mieszaniny CF4 (z O2, SF6 i NF3). W przypadku folii Si3N4, gdy do trawienia stosuje się plazmę CF4-O2 lub inną plazmę gazową zawierającą atomy F, szybkość trawienia azotku krzemu może osiągnąć 1200 Å/min, a selektywność trawienia może sięgać nawet 20:1. Głównym produktem jest lotny tetrafluorek krzemu (SiF4), który jest łatwy do ekstrakcji.
4. Trawienie krzemu monokrystalicznego
Trawienie monokrystaliczne krzemu stosuje się głównie do izolacji płytkiego rowu (STI). Proces ten zwykle obejmuje proces przełomowy i główny proces trawienia. Przełomowy proces wykorzystuje SiF4 i gaz NF do usunięcia warstwy tlenku z powierzchni monokrystalicznego krzemu poprzez silne bombardowanie jonami i działanie chemiczne pierwiastków fluoru; w głównym trawieniu jako główny środek trawiący wykorzystuje się bromowodór (HBr). Rodniki bromu rozłożone przez HBr w środowisku plazmy reagują z krzemem, tworząc lotny tetrabromek krzemu (SiBr4), usuwając w ten sposób krzem. Do trawienia monokrystalicznego krzemu zwykle wykorzystuje się indukcyjnie sprzężoną maszynę do trawienia plazmowego.
5. Trawienie polikrzemem
Trawienie polikrzemu jest jednym z kluczowych procesów określających wielkość bramki tranzystorów, a wielkość bramki bezpośrednio wpływa na wydajność układów scalonych. Trawienie polikrzemu wymaga dobrego współczynnika selektywności. Gazy halogenowe, takie jak chlor (Cl2), są zwykle stosowane w celu uzyskania trawienia anizotropowego i mają dobry współczynnik selektywności (do 10:1). Gazy na bazie bromu, takie jak bromowodór (HBr), mogą uzyskać wyższy współczynnik selektywności (do 100:1). Mieszanka HBr z chlorem i tlenem może zwiększyć szybkość trawienia. Produkty reakcji gazowego halogenu i krzemu osadzają się na ściankach bocznych, pełniąc rolę ochronną. Do trawienia polikrzemu zwykle wykorzystuje się maszynę do trawienia plazmowego ze sprzężeniem indukcyjnym.
Niezależnie od tego, czy jest to trawienie plazmowe ze sprzężeniem pojemnościowym, czy trawienie plazmowe ze sprzężeniem indukcyjnym, każde z nich ma swoje unikalne zalety i właściwości techniczne. Wybór odpowiedniej technologii trawienia może nie tylko poprawić wydajność produkcji, ale także zapewnić wydajność produktu końcowego.
Czas publikacji: 12 listopada 2024 r