I halvlederproduksjonsprosessen,etsingteknologi er en kritisk prosess som brukes til å nøyaktig fjerne uønskede materialer på underlaget for å danne komplekse kretsmønstre. Denne artikkelen vil introdusere to vanlige etseteknologier i detalj – kapasitivt koblet plasmaetsing (CCP) og induktivt koblet plasmaetsing (ICP), og utforske deres anvendelser for etsing av forskjellige materialer.
Kapasitivt koblet plasmaetsing (CCP)
Kapasitivt koblet plasmaetsing (CCP) oppnås ved å påføre en RF-spenning til to parallelle plateelektroder gjennom en matcher og en DC-blokkerende kondensator. De to elektrodene og plasmaet danner sammen en ekvivalent kondensator. I denne prosessen danner RF-spenningen en kapasitiv kappe nær elektroden, og grensen til kappen endres med den raske oscillasjonen av spenningen. Når elektroner når denne raskt skiftende kappen, reflekteres de og får energi, som igjen utløser dissosiasjon eller ionisering av gassmolekyler for å danne plasma. CCP-etsing brukes vanligvis på materialer med høyere kjemisk bindingsenergi, for eksempel dielektrikum, men på grunn av dens lavere etsningshastighet er den egnet for applikasjoner som krever finkontroll.
Induktivt koblet plasmaetsing (ICP)
Induktivt koblet plasmaetsing(ICP) er basert på prinsippet om at en vekselstrøm går gjennom en spole for å generere et indusert magnetfelt. Under påvirkning av dette magnetfeltet blir elektronene i reaksjonskammeret akselerert og fortsetter å akselerere i det induserte elektriske feltet, og til slutt kolliderer med reaksjonsgassmolekylene, noe som får molekylene til å dissosiere eller ionisere og danne plasma. Denne metoden kan produsere en høy ioniseringshastighet og tillate at plasmatettheten og bombardementsenergien kan justeres uavhengig, noe som gjørICP-etsingsvært egnet for etsing av materialer med lav kjemisk bindingsenergi, som silisium og metall. I tillegg gir ICP-teknologi også bedre ensartethet og etsehastighet.
1. Metalletsing
Metalletsing brukes hovedsakelig til behandling av sammenkoblinger og flerlags metallledninger. Kravene inkluderer: høy etsehastighet, høy selektivitet (større enn 4:1 for maskelaget og større enn 20:1 for mellomlags-dielektriske), høy etsningsuniformitet, god kritisk dimensjonskontroll, ingen plasmaskade, mindre gjenværende forurensninger, og ingen korrosjon på metall. Metalletsing bruker vanligvis induktivt koblet plasmaetseutstyr.
•Aluminiumetsing: Aluminium er det viktigste trådmaterialet i midt- og bakstadiet av chipproduksjon, med fordelene med lav motstand, enkel avsetning og etsing. Aluminiumetsing bruker vanligvis plasma generert av kloridgass (som Cl2). Aluminium reagerer med klor for å produsere flyktig aluminiumklorid (AlCl3). I tillegg kan andre halogenider som SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 osv. tilsettes for å fjerne oksidlaget på aluminiumsoverflaten for å sikre normal etsing.
• Wolfram-etsing: I flerlags metalltrådsammenkoblingsstrukturer er wolfram hovedmetallet som brukes for mellomseksjonssammenkoblingen av brikken. Fluorbaserte eller klorbaserte gasser kan brukes til å etse metall wolfram, men fluorbaserte gasser har dårlig selektivitet for silisiumoksid, mens klorbaserte gasser (som CCl4) har bedre selektivitet. Nitrogen tilsettes vanligvis reaksjonsgassen for å oppnå høy etselimselektivitet, og oksygen tilsettes for å redusere karbonavsetning. Etsing av wolfram med klorbasert gass kan oppnå anisotropisk etsing og høy selektivitet. Gassene som brukes ved tørretsing av wolfram er hovedsakelig SF6, Ar og O2, blant disse kan SF6 dekomponeres i plasma for å gi fluoratomer og wolfram for kjemisk reaksjon for å produsere fluor.
• Titannitrid-etsing: Titaniumnitrid, som et hardt maskemateriale, erstatter den tradisjonelle silisiumnitrid- eller oksidmasken i den doble damascene-prosessen. Titannitrid-etsing brukes hovedsakelig i åpningsprosessen for hard maske, og hovedreaksjonsproduktet er TiCl4. Selektiviteten mellom den tradisjonelle masken og det dielektriske laget med lav k er ikke høy, noe som vil føre til utseendet til den bueformede profilen på toppen av det dielektriske laget med lav k og utvidelse av sporbredden etter etsing. Avstanden mellom de avsatte metalllinjene er for liten, noe som er utsatt for lekkasje eller direkte sammenbrudd.
2. Isolatoretsing
Formålet med isolatoretsing er vanligvis dielektriske materialer som silisiumdioksid eller silisiumnitrid, som er mye brukt til å danne kontakthull og kanalhull for å koble sammen forskjellige kretslag. Dielektrisk etsing bruker vanligvis en etser basert på prinsippet om kapasitivt koblet plasmaetsing.
• Plasmaetsing av silisiumdioksydfilm: Silisiumdioksydfilm etses vanligvis ved bruk av etsende gasser som inneholder fluor, slik som CF4, CHF3, C2F6, SF6 og C3F8. Karbonet som finnes i etsegassen kan reagere med oksygenet i oksidlaget for å produsere biprodukter CO og CO2, og dermed fjerne oksygenet i oksidlaget. CF4 er den mest brukte etsegassen. Når CF4 kolliderer med høyenergielektroner, dannes ulike ioner, radikaler, atomer og frie radikaler. Fluor frie radikaler kan reagere kjemisk med SiO2 og Si for å produsere flyktig silisiumtetrafluorid (SiF4).
• Plasmaetsing av silisiumnitridfilm: Silisiumnitridfilm kan etses ved bruk av plasmaetsing med CF4 eller CF4 blandet gass (med O2, SF6 og NF3). For Si3N4-film, når CF4-O2-plasma eller annet gassplasma som inneholder F-atomer brukes til etsing, kan etsehastigheten til silisiumnitrid nå 1200Å/min, og etseselektiviteten kan være så høy som 20:1. Hovedproduktet er flyktig silisiumtetrafluorid (SiF4) som er lett å trekke ut.
4. Enkeltkrystall silisiumetsing
Enkeltkrystall silisiumetsing brukes hovedsakelig for å danne grunne trench isolation (STI). Denne prosessen inkluderer vanligvis en gjennombruddsprosess og en hovedetsingsprosess. Gjennombruddsprosessen bruker SiF4 og NF-gass for å fjerne oksidlaget på overflaten av enkeltkrystallsilisium gjennom kraftig ionebombardement og den kjemiske virkningen av fluorelementer; hovedetsingen bruker hydrogenbromid (HBr) som hovedetsemiddel. Bromradikalene som brytes ned av HBr i plasmamiljøet reagerer med silisium og danner flyktig silisiumtetrabromid (SiBr4), og fjerner dermed silisium. Enkeltkrystall silisiumetsing bruker vanligvis en induktivt koblet plasmaetsemaskin.
5. Polysilisium-etsing
Polysilisiumetsing er en av nøkkelprosessene som bestemmer portstørrelsen til transistorer, og portstørrelsen påvirker direkte ytelsen til integrerte kretser. Polysilisiumetsing krever et godt selektivitetsforhold. Halogengasser som klor (Cl2) brukes vanligvis for å oppnå anisotropisk etsing, og har et godt selektivitetsforhold (opptil 10:1). Brombaserte gasser som hydrogenbromid (HBr) kan oppnå et høyere selektivitetsforhold (opptil 100:1). En blanding av HBr med klor og oksygen kan øke etsehastigheten. Reaksjonsproduktene av halogengass og silisium avsettes på sideveggene for å spille en beskyttende rolle. Polysilisiumetsing bruker vanligvis en induktivt koblet plasmaetsemaskin.
Enten det er kapasitivt koblet plasmaetsing eller induktivt koblet plasmaetsing, har hver sine unike fordeler og tekniske egenskaper. Å velge en passende etseteknologi kan ikke bare forbedre produksjonseffektiviteten, men også sikre utbyttet av sluttproduktet.
Innleggstid: 12-november 2024