У процесі виробництва напівпровідників,травленняТехнологія — це критично важливий процес, який використовується для точного видалення небажаних матеріалів на підкладці для формування складних схем. Ця стаття детально представить дві основні технології травлення – травлення ємнісною плазмою (CCP) і травлення індуктивно зв’язаною плазмою (ICP), а також дослідити їх застосування в травленні різних матеріалів.
Ємнісне плазмове травлення (CCP)
Плазмове травлення з ємнісним зв’язком (CCP) досягається шляхом подачі радіочастотної напруги до двох паралельних пластинчастих електродів через узгоджувач і блокуючий конденсатор постійного струму. Два електроди і плазма разом утворюють еквівалентний конденсатор. У цьому процесі радіочастотна напруга утворює ємнісну оболонку поблизу електрода, і межа оболонки змінюється зі швидкими коливаннями напруги. Коли електрони досягають цієї швидко мінливої оболонки, вони відбиваються та отримують енергію, що, у свою чергу, викликає дисоціацію або іонізацію молекул газу з утворенням плазми. CCP травлення зазвичай застосовується до матеріалів з більш високою енергією хімічного зв’язку, таких як діелектрики, але через низьку швидкість травлення воно підходить для застосувань, що потребують тонкого контролю.
Індуктивно пов'язане плазмове травлення (ICP)
Індуктивно зв'язана плазматравлення(ICP) заснований на принципі, що змінний струм проходить через котушку для створення індукованого магнітного поля. Під дією цього магнітного поля електрони в реакційній камері прискорюються і продовжують прискорюватися в індукованому електричному полі, зрештою стикаючись з молекулами реакційного газу, викликаючи дисоціацію або іонізацію молекул і утворення плазми. Цей метод може забезпечити високу швидкість іонізації та дозволити регулювати щільність плазми та енергію бомбардування незалежно, що робитьICP травленнядуже підходить для травлення матеріалів з низькою енергією хімічного зв'язку, таких як кремній і метал. Крім того, технологія ICP також забезпечує кращу однорідність і швидкість травлення.
1. Травлення металу
Травлення металу в основному використовується для обробки з'єднань і багатошарової металевої проводки. Його вимоги включають: високу швидкість травлення, високу селективність (більше 4:1 для шару маски та більше 20:1 для проміжного діелектрика), високу однорідність травлення, хороший контроль критичних розмірів, відсутність плазмових пошкоджень, менше залишкових забруднень і відсутність корозії металу. Для травлення металу зазвичай використовується обладнання для травлення плазмою з індуктивним зв’язком.
•Травлення алюмінію: алюміній є найважливішим матеріалом для дроту на середньому та задньому етапах виробництва мікросхем, перевагами якого є низький опір, легке нанесення та травлення. Травлення алюмінію зазвичай використовує плазму, створювану газоподібним хлоридом (наприклад, Cl2). Алюміній реагує з хлором, утворюючи леткий алюміній хлорид (AlCl3). Крім того, інші галогеніди, такі як SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 тощо, можуть бути додані для видалення оксидного шару на поверхні алюмінію для забезпечення нормального травлення.
• Травлення вольфрамом: у структурах з’єднання багатошарових металевих дротів вольфрам є основним металом, який використовується для з’єднання середньої частини мікросхеми. Для травлення металевого вольфраму можна використовувати гази на основі фтору або хлору, але гази на основі фтору мають низьку селективність щодо оксиду кремнію, тоді як гази на основі хлору (такі як CCl4) мають кращу селективність. Зазвичай до реакційного газу додають азот, щоб отримати високу селективність клею для травлення, а для зменшення відкладення вуглецю додають кисень. Травлення вольфраму газом на основі хлору може досягти анізотропного травлення та високої селективності. Гази, що використовуються для сухого травлення вольфраму, - це переважно SF6, Ar і O2, серед яких SF6 може розкладатися в плазмі з утворенням атомів фтору та вольфраму для хімічної реакції з утворенням фтору.
• Травлення нітридом титану: нітрид титану, як матеріал твердої маски, замінює традиційну маску з нітриду або оксиду кремнію в процесі подвійного дамаску. Травлення нітридом титану в основному використовується в процесі відкриття твердої маски, а основним продуктом реакції є TiCl4. Селективність між традиційною маскою та шаром діелектрика з низьким k невисока, що призведе до появи дугоподібного профілю на верхній частині шару діелектрика з низьким k та розширення ширини канавки після травлення. Відстань між лініями наплавленого металу занадто мала, що може призвести до витоку моста або прямого поломки.
2. Травлення ізолятора
Об’єктом травлення ізолятора зазвичай є діелектричні матеріали, такі як діоксид кремнію або нітрид кремнію, які широко використовуються для формування контактних отворів і отворів каналів для з’єднання різних шарів схеми. Діелектричне травлення зазвичай використовує травитель, заснований на принципі ємнісного плазмового травлення.
• Плазмове травлення плівки діоксиду кремнію: плівку діоксиду кремнію зазвичай травлять за допомогою травильних газів, що містять фтор, наприклад CF4, CHF3, C2F6, SF6 і C3F8. Вуглець, що міститься в травильному газі, може реагувати з киснем у оксидному шарі з утворенням побічних продуктів CO та CO2, таким чином видаляючи кисень із оксидного шару. CF4 є найбільш часто використовуваним газом для травлення. Коли CF4 стикається з електронами високої енергії, утворюються різні іони, радикали, атоми та вільні радикали. Вільні радикали фтору можуть хімічно реагувати з SiO2 і Si, утворюючи летючий тетрафторид кремнію (SiF4).
• Плазмове травлення плівки нітриду кремнію: плівку нітриду кремнію можна травити за допомогою плазмового травлення CF4 або газовою сумішшю CF4 (з O2, SF6 і NF3). Для плівки Si3N4, коли плазма CF4-O2 або інша газова плазма, що містить атоми F, використовується для травлення, швидкість травлення нітриду кремнію може досягати 1200Å/хв, а селективність травлення може досягати 20:1. Основним продуктом є летючий тетрафторид кремнію (SiF4), який легко видобути.
4. Травлення монокристалічного кремнію
Травлення монокристалічного кремнію в основному використовується для формування ізоляції неглибокої траншеї (STI). Цей процес зазвичай включає процес прориву та основний процес травлення. Проривний процес використовує газ SiF4 і NF для видалення оксидного шару на поверхні монокристалічного кремнію за допомогою сильного іонного бомбардування та хімічної дії елементів фтору; Основне травлення використовує бромістий водень (HBr) як основний травитель. Радикали брому, що розкладаються HBr у плазмовому середовищі, реагують із кремнієм, утворюючи летючий тетрабромід кремнію (SiBr4), таким чином видаляючи кремній. Для травлення монокристалічного кремнію зазвичай використовується машина для травлення з індуктивно зв’язаною плазмою.
5. Травлення полікремнію
Травлення полікремнію є одним із ключових процесів, який визначає розмір затвора транзисторів, і розмір затвора безпосередньо впливає на продуктивність інтегральних схем. Травлення полікремнію вимагає хорошого коефіцієнта селективності. Галогенні гази, такі як хлор (Cl2), зазвичай використовуються для досягнення анізотропного травлення та мають хороший коефіцієнт селективності (до 10:1). Гази на основі брому, такі як бромистий водень (HBr), можуть отримати вищий коефіцієнт селективності (до 100:1). Суміш HBr з хлором і киснем може збільшити швидкість травлення. Продукти реакції газу галогену та кремнію осідають на бічних стінках, щоб відігравати захисну роль. Для травлення полікремнію зазвичай використовується машина для травлення з плазмою з індуктивним зв’язком.
Будь то травлення плазмою з ємнісним або індуктивним зв’язком, кожен має свої унікальні переваги та технічні характеристики. Вибір відповідної технології травлення може не тільки підвищити ефективність виробництва, але й забезпечити вихід кінцевого продукту.
Час публікації: 12 листопада 2024 р