I halvledartillverkningsprocessen,etsningTeknik är en kritisk process som används för att exakt ta bort oönskade material på substratet för att bilda komplexa kretsmönster. Den här artikeln kommer att introducera två vanliga etsningsteknologier i detalj – kapacitivt kopplad plasmaetsning (CCP) och induktivt kopplad plasmaetsning (ICP), och utforska deras tillämpningar för etsning av olika material.
Kapacitivt kopplad plasmaetsning (CCP)
Kapacitivt kopplad plasmaetsning (CCP) uppnås genom att applicera en RF-spänning på två parallella plattelektroder genom en matchare och en DC-blockerande kondensator. De två elektroderna och plasman bildar tillsammans en ekvivalent kondensator. I denna process bildar RF-spänningen en kapacitiv mantel nära elektroden, och gränsen för manteln ändras med den snabba svängningen av spänningen. När elektroner når detta snabbt föränderliga hölje reflekteras de och får energi, vilket i sin tur utlöser dissociation eller jonisering av gasmolekyler för att bilda plasma. CCP-etsning tillämpas vanligtvis på material med högre kemisk bindningsenergi, såsom dielektrikum, men på grund av dess lägre etsningshastighet är den lämplig för tillämpningar som kräver finkontroll.
Induktivt kopplad plasmaetsning (ICP)
Induktivt kopplad plasmaetsning(ICP) bygger på principen att en växelström passerar genom en spole för att generera ett inducerat magnetfält. Under inverkan av detta magnetfält accelereras elektronerna i reaktionskammaren och fortsätter att accelerera i det inducerade elektriska fältet, och så småningom kolliderar de med reaktionsgasmolekylerna, vilket får molekylerna att dissociera eller jonisera och bilda plasma. Denna metod kan producera en hög joniseringshastighet och tillåta att plasmadensiteten och bombardemangsenergin justeras oberoende av varandra, vilket görICP-etsningmycket lämplig för etsning av material med låg kemisk bindningsenergi, såsom kisel och metall. Dessutom ger ICP-tekniken också bättre enhetlighet och etsningshastighet.
1. Metalletsning
Metalletsning används främst för bearbetning av sammankopplingar och metallledningar i flera lager. Dess krav inkluderar: hög etsningshastighet, hög selektivitet (större än 4:1 för maskskiktet och större än 20:1 för mellanskiktets dielektrikum), hög etsningslikformighet, god kritisk dimensionskontroll, ingen plasmaskada, mindre kvarvarande föroreningar, och ingen korrosion på metall. Metalletsning använder vanligtvis induktivt kopplad plasmaetsningsutrustning.
•Aluminiumetsning: Aluminium är det viktigaste trådmaterialet i mitt- och bakstadiet av spåntillverkning, med fördelarna med lågt motstånd, enkel avsättning och etsning. Aluminiumetsning använder vanligtvis plasma som genereras av kloridgas (som Cl2). Aluminium reagerar med klor för att producera flyktig aluminiumklorid (AlCl3). Dessutom kan andra halogenider såsom SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, etc. tillsättas för att avlägsna oxidskiktet på aluminiumytan för att säkerställa normal etsning.
• Volframetsning: I flerlagers metalltrådssammankopplingsstrukturer är volfram den huvudsakliga metallen som används för mellansektionens sammankoppling av chipet. Fluorbaserade eller klorbaserade gaser kan användas för att etsa metallvolfram, men fluorbaserade gaser har dålig selektivitet för kiseloxid, medan klorbaserade gaser (som CCl4) har bättre selektivitet. Kväve tillsätts vanligtvis till reaktionsgasen för att erhålla en hög etsningslimselektivitet, och syre tillsätts för att minska kolavlagringen. Etsning av volfram med klorbaserad gas kan uppnå anisotropisk etsning och hög selektivitet. Gaserna som används vid torretsning av volfram är huvudsakligen SF6, Ar och O2, bland vilka SF6 kan sönderdelas i plasma för att tillhandahålla fluoratomer och volfram för kemisk reaktion för att producera fluor.
• Titannitridetsning: Titannitrid, som ett hårt maskmaterial, ersätter den traditionella kiselnitrid- eller oxidmasken i den dubbla damasceneprocessen. Etsning av titannitrid används huvudsakligen i öppningsprocessen för hård mask, och den huvudsakliga reaktionsprodukten är TiCl4. Selektiviteten mellan den traditionella masken och det dielektriska låg-k skiktet är inte hög, vilket kommer att leda till utseendet av den bågformade profilen på toppen av låg-k dielektriska skiktet och expansionen av spårets bredd efter etsning. Avståndet mellan de avsatta metalllinjerna är för litet, vilket är benäget att överbrygga läckage eller direkt haveri.
2. Isolatoretsning
Ändamålet med isolatoretsning är vanligtvis dielektriska material som kiseldioxid eller kiselnitrid, som ofta används för att bilda kontakthål och kanalhål för att koppla ihop olika kretsskikt. Dielektrisk etsning använder vanligtvis en etsare baserad på principen om kapacitivt kopplad plasmaetsning.
• Plasmaetsning av kiseldioxidfilm: Kiseldioxidfilm etsas vanligtvis med etsgaser som innehåller fluor, såsom CF4, CHF3, C2F6, SF6 och C3F8. Kolet som finns i etsgasen kan reagera med syret i oxidskiktet för att producera biprodukter CO och CO2, och därigenom avlägsna syret i oxidskiktet. CF4 är den vanligaste etsgasen. När CF4 kolliderar med högenergielektroner bildas olika joner, radikaler, atomer och fria radikaler. Fluor fria radikaler kan reagera kemiskt med SiO2 och Si för att producera flyktig kiseltetrafluorid (SiF4).
• Plasmaetsning av kiselnitridfilm: Kiselnitridfilm kan etsas med plasmaetsning med CF4 eller CF4 blandad gas (med O2, SF6 och NF3). För Si3N4-film, när CF4-O2-plasma eller annan gasplasma som innehåller F-atomer används för etsning, kan etsningshastigheten för kiselnitrid nå 1200Å/min, och etsningsselektiviteten kan vara så hög som 20:1. Huvudprodukten är flyktig kiseltetrafluorid (SiF4) som är lätt att extrahera.
4. Enkristallkiseletsning
Enkristall kiseletsning används huvudsakligen för att bilda ytlig trench isolation (STI). Denna process innefattar vanligtvis en genombrottsprocess och en huvudetsningsprocess. Genombrottsprocessen använder SiF4 och NF-gas för att avlägsna oxidskiktet på ytan av enkristallkisel genom starkt jonbombardement och den kemiska verkan av fluorelement; huvudetsningen använder vätebromid (HBr) som huvudetsningsmedel. De bromradikaler som bryts ned av HBr i plasmamiljön reagerar med kisel och bildar flyktig kiseltetrabromid (SiBr4), och tar därigenom bort kisel. Enkristallkiseletsning använder vanligtvis en induktivt kopplad plasmaetsningsmaskin.
5. Polysilikonetsning
Polykiseletsning är en av nyckelprocesserna som bestämmer gatestorleken på transistorer, och gatestorleken påverkar direkt prestandan hos integrerade kretsar. Polykiseletsning kräver ett bra selektivitetsförhållande. Halogengaser som klor (Cl2) används vanligtvis för att uppnå anisotrop etsning och har ett bra selektivitetsförhållande (upp till 10:1). Brombaserade gaser som vätebromid (HBr) kan få ett högre selektivitetsförhållande (upp till 100:1). En blandning av HBr med klor och syre kan öka etsningshastigheten. Reaktionsprodukterna av halogengas och kisel avsätts på sidoväggarna för att spela en skyddande roll. Polykiseletsning använder vanligtvis en induktivt kopplad plasmaetsningsmaskin.
Oavsett om det är kapacitivt kopplad plasmaetsning eller induktivt kopplad plasmaetsning, har var och en sina egna unika fördelar och tekniska egenskaper. Att välja en lämplig etsningsteknik kan inte bara förbättra produktionseffektiviteten, utan också säkerställa utbytet av slutprodukten.
Posttid: 2024-nov-12