I halvlederfremstillingsprocessen,ætsningteknologi er en kritisk proces, der bruges til præcist at fjerne uønskede materialer på substratet for at danne komplekse kredsløbsmønstre. Denne artikel vil introducere to almindelige ætsningsteknologier i detaljer - kapacitivt koblet plasmaætsning (CCP) og induktivt koblet plasmaætsning (ICP), og udforske deres anvendelser til ætsning af forskellige materialer.
Kapacitivt koblet plasmaætsning (CCP)
Kapacitivt koblet plasmaætsning (CCP) opnås ved at påføre en RF-spænding til to parallelle pladeelektroder gennem en matcher og en DC-blokerende kondensator. De to elektroder og plasmaet danner tilsammen en ækvivalent kondensator. I denne proces danner RF-spændingen en kapacitiv kappe nær elektroden, og kappens grænse ændres med spændingens hurtige oscillation. Når elektroner når denne hurtigt skiftende kappe, reflekteres de og får energi, hvilket igen udløser dissociation eller ionisering af gasmolekyler til dannelse af plasma. CCP-ætsning anvendes normalt på materialer med højere kemisk bindingsenergi, såsom dielektriske stoffer, men på grund af dens lavere ætsningshastighed er den velegnet til applikationer, der kræver finkontrol.
Induktivt koblet plasmaætsning (ICP)
Induktivt koblet plasmaætsning(ICP) er baseret på princippet om, at en vekselstrøm passerer gennem en spole for at generere et induceret magnetfelt. Under påvirkning af dette magnetfelt accelereres elektronerne i reaktionskammeret og fortsætter med at accelerere i det inducerede elektriske felt, hvor de til sidst kolliderer med reaktionsgasmolekylerne, hvilket får molekylerne til at dissociere eller ionisere og danne plasma. Denne metode kan producere en høj ioniseringshastighed og tillade plasmadensiteten og bombardementsenergien at blive justeret uafhængigt, hvilket gørICP ætsningmeget velegnet til ætsning af materialer med lav kemisk bindingsenergi, såsom silicium og metal. Derudover giver ICP-teknologi også bedre ensartethed og ætsningshastighed.
1. Metalætsning
Metalætsning bruges hovedsageligt til bearbejdning af sammenkoblinger og flerlags metalledninger. Dens krav omfatter: høj ætsningshastighed, høj selektivitet (større end 4:1 for maskelaget og større end 20:1 for mellemlagets dielektrikum), høj ætsningsensartethed, god kritisk dimensionskontrol, ingen plasmaskade, færre resterende forurenende stoffer og ingen korrosion på metal. Metalætsning bruger normalt induktivt koblet plasmaætsningsudstyr.
•Aluminiumætsning: Aluminium er det vigtigste trådmateriale i midter- og bagstadiet af spånfremstilling, med fordelene ved lav modstand, let afsætning og ætsning. Aluminiumætsning bruger normalt plasma genereret af chloridgas (såsom Cl2). Aluminium reagerer med klor for at producere flygtigt aluminiumchlorid (AlCl3). Derudover kan andre halogenider såsom SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 osv. tilsættes for at fjerne oxidlaget på aluminiumsoverfladen for at sikre den normale ætsning.
• Wolframætsning: I flerlags metaltrådsforbindelsesstrukturer er wolfram det vigtigste metal, der bruges til mellemsektionens sammenkobling af chippen. Fluorbaserede eller klorbaserede gasser kan bruges til at ætse metalwolfram, men fluorbaserede gasser har dårlig selektivitet for siliciumoxid, mens chlorbaserede gasser (såsom CCl4) har bedre selektivitet. Nitrogen tilsættes normalt til reaktionsgassen for at opnå en høj ætselimselektivitet, og oxygen tilsættes for at reducere kulstofaflejring. Ætsning af wolfram med klorbaseret gas kan opnå anisotropisk ætsning og høj selektivitet. De gasser, der bruges til tørætsning af wolfram, er hovedsageligt SF6, Ar og O2, blandt hvilke SF6 kan nedbrydes i plasma for at tilvejebringe fluoratomer og wolfram til kemisk reaktion for at producere fluorid.
• Titaniumnitrid-ætsning: Titaniumnitrid, som et hårdt maskemateriale, erstatter den traditionelle siliciumnitrid- eller oxidmaske i den dobbelte damascene-proces. Titaniumnitridætsning bruges hovedsageligt i åbningsprocessen for hård maske, og det vigtigste reaktionsprodukt er TiCl4. Selektiviteten mellem den traditionelle maske og lav-k dielektriske lag er ikke høj, hvilket vil føre til udseendet af den bueformede profil på toppen af lav-k dielektriske lag og udvidelse af rillebredden efter ætsning. Afstanden mellem de aflejrede metallinjer er for lille, hvilket er tilbøjeligt til at bygge bro over lækage eller direkte nedbrud.
2. Isolatorætsning
Formålet med isolatorætsning er sædvanligvis dielektriske materialer såsom siliciumdioxid eller siliciumnitrid, som i vid udstrækning bruges til at danne kontakthuller og kanalhuller til at forbinde forskellige kredsløbslag. Dielektrisk ætsning bruger normalt en ætser baseret på princippet om kapacitivt koblet plasmaætsning.
• Plasmaætsning af siliciumdioxidfilm: Siliciumdioxidfilm ætses normalt ved hjælp af ætsende gasser, der indeholder fluor, såsom CF4, CHF3, C2F6, SF6 og C3F8. Kulstoffet indeholdt i ætsegassen kan reagere med ilten i oxidlaget for at producere biprodukter CO og CO2, hvorved ilten i oxidlaget fjernes. CF4 er den mest anvendte ætsegas. Når CF4 kolliderer med højenergielektroner, dannes forskellige ioner, radikaler, atomer og frie radikaler. Fluor frie radikaler kan reagere kemisk med SiO2 og Si for at producere flygtigt siliciumtetrafluorid (SiF4).
• Plasmaætsning af siliciumnitridfilm: Siliciumnitridfilm kan ætses ved hjælp af plasmaætsning med CF4 eller CF4 blandet gas (med O2, SF6 og NF3). For Si3N4-film, når CF4-O2-plasma eller andet gasplasma indeholdende F-atomer anvendes til ætsning, kan ætsningshastigheden for siliciumnitrid nå 1200Å/min, og ætsningsselektiviteten kan være så høj som 20:1. Hovedproduktet er flygtigt siliciumtetrafluorid (SiF4), der er let at udvinde.
4. Enkeltkrystal siliciumætsning
Enkeltkrystal siliciumætsning bruges hovedsageligt til at danne lavvandet rendeisolering (STI). Denne proces omfatter normalt en gennembrudsproces og en hovedætsningsproces. Gennembrudsprocessen bruger SiF4 og NF gas til at fjerne oxidlaget på overfladen af enkeltkrystal silicium gennem stærkt ionbombardement og den kemiske virkning af fluorelementer; hovedætsningen bruger hydrogenbromid (HBr) som hovedætsemiddel. De brom-radikaler, der nedbrydes af HBr i plasmamiljøet, reagerer med silicium og danner flygtigt siliciumtetrabromid (SiBr4), hvorved silicium fjernes. Enkeltkrystal siliciumætsning bruger normalt en induktivt koblet plasmaætsningsmaskine.
5. Polysiliciumætsning
Polysiliciumætsning er en af nøgleprocesserne, der bestemmer gatestørrelsen af transistorer, og gatestørrelsen påvirker direkte ydeevnen af integrerede kredsløb. Polysiliciumætsning kræver et godt selektivitetsforhold. Halogengasser såsom klor (Cl2) bruges normalt til at opnå anisotropisk ætsning og har et godt selektivitetsforhold (op til 10:1). Brombaserede gasser såsom hydrogenbromid (HBr) kan opnå et højere selektivitetsforhold (op til 100:1). En blanding af HBr med klor og oxygen kan øge ætsningshastigheden. Reaktionsprodukterne af halogengas og silicium aflejres på sidevæggene for at spille en beskyttende rolle. Polysiliciumætsning bruger normalt en induktivt koblet plasmaætsningsmaskine.
Uanset om det er kapacitivt koblet plasmaætsning eller induktivt koblet plasmaætsning, har hver deres unikke fordele og tekniske egenskaber. At vælge en passende ætseteknologi kan ikke kun forbedre produktionseffektiviteten, men også sikre udbyttet af det endelige produkt.
Indlægstid: 12-november 2024