En el procés de fabricació de semiconductors,gravatLa tecnologia és un procés crític que s'utilitza per eliminar amb precisió els materials no desitjats del substrat per formar patrons de circuits complexos. Aquest article introduirà en detall dues tecnologies de gravat principals: gravat amb plasma acoblat capacitivament (CCP) i gravat amb plasma acoblat inductiu (ICP), i explorar les seves aplicacions en el gravat de diferents materials.
Gravat per plasma acoblat capacitivament (CCP)
El gravat amb plasma acoblat capacitivament (CCP) s'aconsegueix aplicant una tensió de RF a dos elèctrodes de plaques paral·leles mitjançant un adaptador i un condensador de bloqueig de CC. Els dos elèctrodes i el plasma junts formen un condensador equivalent. En aquest procés, la tensió de RF forma una funda capacitiva a prop de l'elèctrode i el límit de la funda canvia amb la ràpida oscil·lació de la tensió. Quan els electrons arriben a aquesta beina que canvia ràpidament, es reflecteixen i guanyen energia, que al seu torn desencadena la dissociació o ionització de les molècules de gas per formar plasma. El gravat CCP s'aplica normalment a materials amb una major energia d'enllaç químic, com ara els dielèctrics, però a causa de la seva menor taxa de gravat, és adequat per a aplicacions que requereixen un control fi.
Gravat per plasma acoblat inductiu (ICP)
Plasma acoblat inductiugravat(ICP) es basa en el principi que un corrent altern travessa una bobina per generar un camp magnètic induït. Sota l'acció d'aquest camp magnètic, els electrons de la cambra de reacció s'acceleren i continuen accelerant-se en el camp elèctric induït, i finalment xoquen amb les molècules del gas de reacció, fent que les molècules es dissociïn o ionitzin i formi plasma. Aquest mètode pot produir una alta taxa d'ionització i permetre que la densitat del plasma i l'energia de bombardeig s'ajustin de manera independent, cosa que fa queGravat ICPmolt adequat per gravar materials amb baixa energia d'enllaç químic, com ara silici i metall. A més, la tecnologia ICP també proporciona una millor uniformitat i velocitat de gravat.
1. Gravat metàl·lic
El gravat metàl·lic s'utilitza principalment per al processament d'interconnexions i cablejat metàl·lic multicapa. Els seus requisits inclouen: alta taxa de gravat, alta selectivitat (més de 4:1 per a la capa de màscara i superior a 20:1 per al dielèctric entre capes), alta uniformitat de gravat, bon control de la dimensió crítica, sense danys al plasma, menys contaminants residuals i cap corrosió al metall. El gravat de metalls sol utilitzar equips de gravat per plasma acoblats inductivament.
•Gravat d'alumini: l'alumini és el material de filferro més important a les etapes mitjanes i posteriors de la fabricació de xips, amb els avantatges de baixa resistència, fàcil deposició i gravat. El gravat d'alumini sol utilitzar plasma generat per gas clorur (com el Cl2). L'alumini reacciona amb el clor per produir clorur d'alumini volàtil (AlCl3). A més, es poden afegir altres halogenurs com SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, etc. per eliminar la capa d'òxid de la superfície d'alumini per garantir el gravat normal.
• Gravat de tungstè: en estructures d'interconnexió de filferro metàl·lic multicapa, el tungstè és el metall principal utilitzat per a la interconnexió de la secció mitjana del xip. Els gasos basats en fluor o a base de clor es poden utilitzar per gravar el tungstè metàl·lic, però els gasos basats en fluor tenen poca selectivitat per a l'òxid de silici, mentre que els gasos basats en clor (com ara CCl4) tenen una millor selectivitat. Normalment s'afegeix nitrogen al gas de reacció per obtenir una alta selectivitat de cola de gravat i s'afegeix oxigen per reduir la deposició de carboni. El gravat de tungstè amb gas a base de clor pot aconseguir un gravat anisotròpic i una alta selectivitat. Els gasos utilitzats en el gravat en sec del tungstè són principalment SF6, Ar i O2, entre els quals el SF6 es pot descompondre en plasma per proporcionar àtoms de fluor i tungstè per a la reacció química per produir fluorur.
• Gravat de nitrur de titani: el nitrur de titani, com a material dur de la màscara, substitueix el tradicional nitrur de silici o màscara d'òxid en el procés de doble damascena. El gravat de nitrur de titani s'utilitza principalment en el procés d'obertura de la màscara dura i el principal producte de reacció és TiCl4. La selectivitat entre la màscara tradicional i la capa dielèctrica de baix k no és alta, cosa que provocarà l'aparició del perfil en forma d'arc a la part superior de la capa dielèctrica de baix k i l'expansió de l'amplada de la ranura després del gravat. L'espai entre les línies metàl·liques dipositades és massa petit, la qual cosa és propensa a fuites de pont o avaria directa.
2. Gravat aïllant
L'objecte del gravat aïllant solen ser materials dielèctrics com el diòxid de silici o el nitrur de silici, que s'utilitzen àmpliament per formar forats de contacte i forats de canal per connectar diferents capes de circuits. El gravat dielèctric sol utilitzar un gravador basat en el principi de gravat amb plasma acoblat capacitivament.
• Gravat per plasma de la pel·lícula de diòxid de silici: la pel·lícula de diòxid de silici s'acostuma a gravar amb gasos de gravat que contenen fluor, com CF4, CHF3, C2F6, SF6 i C3F8. El carboni contingut en el gas de gravat pot reaccionar amb l'oxigen de la capa d'òxid per produir subproductes CO i CO2, eliminant així l'oxigen de la capa d'òxid. CF4 és el gas de gravat més utilitzat. Quan CF4 xoca amb electrons d'alta energia, es produeixen diversos ions, radicals, àtoms i radicals lliures. Els radicals lliures de fluor poden reaccionar químicament amb SiO2 i Si per produir tetrafluorur de silici volàtil (SiF4).
• Gravat per plasma de pel·lícula de nitrur de silici: la pel·lícula de nitrur de silici es pot gravar mitjançant gravat amb plasma amb CF4 o CF4 gas mixt (amb O2, SF6 i NF3). Per a la pel·lícula Si3N4, quan s'utilitza plasma CF4-O2 o un altre plasma de gas que conté àtoms F per gravar, la velocitat de gravat de nitrur de silici pot arribar a 1200 Å/min i la selectivitat de gravat pot arribar a ser de 20:1. El producte principal és el tetrafluorur de silici volàtil (SiF4) que és fàcil d'extreure.
4. Gravat de silici monocristall
El gravat de silici d'un sol cristall s'utilitza principalment per formar un aïllament de rases superficials (STI). Aquest procés sol incloure un procés innovador i un procés principal de gravat. El procés innovador utilitza gas SiF4 i NF per eliminar la capa d'òxid a la superfície del silici monocristal·lí mitjançant un fort bombardeig iònic i l'acció química dels elements fluor; el gravat principal utilitza bromur d'hidrogen (HBr) com a gravador principal. Els radicals de brom descomposts per HBr a l'entorn del plasma reaccionen amb el silici per formar tetrabromur de silici volàtil (SiBr4), eliminant així el silici. El gravat de silici d'un sol cristall sol utilitzar una màquina de gravat de plasma acoblada inductivament.
5. Gravat de polisilici
El gravat de polisilici és un dels processos clau que determina la mida de la porta dels transistors, i la mida de la porta afecta directament el rendiment dels circuits integrats. El gravat de polisilici requereix una bona relació de selectivitat. Els gasos halògens com el clor (Cl2) s'utilitzen normalment per aconseguir un gravat anisotròpic, i tenen una bona relació de selectivitat (fins a 10:1). Els gasos a base de brom com el bromur d'hidrogen (HBr) poden obtenir una relació de selectivitat més alta (fins a 100:1). Una barreja de HBr amb clor i oxigen pot augmentar la velocitat de gravat. Els productes de reacció del gas halogen i el silici es dipositen a les parets laterals per jugar un paper protector. El gravat de polisilici sol utilitzar una màquina de gravat de plasma acoblada inductivament.
Tant si es tracta d'un gravat de plasma acoblat capacitivament com d'un gravat de plasma acoblat inductiu, cadascun té els seus avantatges i característiques tècniques úniques. L'elecció d'una tecnologia de gravat adequada no només pot millorar l'eficiència de la producció, sinó també garantir el rendiment del producte final.
Hora de publicació: 12-nov-2024