В процессе производства полупроводниковтравлениеТехнология представляет собой важнейший процесс, который используется для точного удаления нежелательных материалов с подложки для формирования сложных схемных узоров. В этой статье будут подробно представлены две основные технологии травления – травление емкостной плазмой (CCP) и травление индуктивно-связанной плазмой (ПМС), и изучить их применение при травлении различных материалов.
Травление емкостной плазмой (CCP)
Емкостно-связанное плазменное травление (CCP) достигается путем подачи высокочастотного напряжения на два параллельных пластинчатых электрода через согласующее устройство и блокирующий конденсатор постоянного тока. Два электрода и плазма вместе образуют эквивалентный конденсатор. В этом процессе ВЧ-напряжение образует емкостную оболочку вблизи электрода, и граница оболочки изменяется при быстрых колебаниях напряжения. Когда электроны достигают этой быстро меняющейся оболочки, они отражаются и получают энергию, что, в свою очередь, вызывает диссоциацию или ионизацию молекул газа с образованием плазмы. Травление CCP обычно применяется к материалам с более высокой энергией химической связи, таким как диэлектрики, но из-за более низкой скорости травления оно подходит для применений, требующих точного контроля.
Травление в индуктивно-связанной плазме (ICP)
Индуктивно-связанная плазматравление(ICP) основан на том принципе, что переменный ток проходит через катушку и создает индуцированное магнитное поле. Под действием этого магнитного поля электроны в реакционной камере ускоряются и продолжают ускоряться в индуцированном электрическом поле, в конечном итоге сталкиваясь с молекулами реакционного газа, заставляя молекулы диссоциировать или ионизироваться и образовывать плазму. Этот метод может обеспечить высокую скорость ионизации и позволить независимо регулировать плотность плазмы и энергию бомбардировки, что делаетИСП-травлениеочень подходит для травления материалов с низкой энергией химической связи, таких как кремний и металл. Кроме того, технология ICP также обеспечивает лучшую однородность и скорость травления.
1. Травление металла
Травление металла в основном применяется для обработки межсоединений и многослойной металлической проводки. Его требования включают: высокую скорость травления, высокую селективность (более 4:1 для маскирующего слоя и более 20:1 для межслойного диэлектрика), высокую однородность травления, хороший контроль критических размеров, отсутствие плазменного повреждения, меньшее количество остаточных загрязнений и отсутствие коррозии металла. Для травления металла обычно используется оборудование для травления с индуктивно-связанной плазмой.
•Травление алюминия: Алюминий является наиболее важным материалом для проволоки на средних и последних этапах производства чипов, обладающим преимуществами низкого сопротивления, простоты осаждения и травления. При травлении алюминия обычно используется плазма, генерируемая хлоридным газом (например, Cl2). Алюминий реагирует с хлором с образованием летучего хлорида алюминия (AlCl3). Кроме того, для удаления оксидного слоя на поверхности алюминия и обеспечения нормального травления можно добавлять другие галогениды, такие как SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 и т. д.
• Травление вольфрама: в многослойных металлических структурах соединения проводов вольфрам является основным металлом, используемым для соединения средней части чипа. Газы на основе фтора или хлора можно использовать для травления металлического вольфрама, но газы на основе фтора обладают плохой селективностью в отношении оксида кремния, тогда как газы на основе хлора (такие как CCl4) имеют лучшую селективность. Азот обычно добавляют к реакционному газу для получения высокой селективности травления клея, а кислород добавляют для уменьшения отложения углерода. Травление вольфрама газом на основе хлора позволяет добиться анизотропного травления и высокой селективности. Газы, используемые при сухом травлении вольфрама, в основном представляют собой SF6, Ar и O2, среди которых SF6 может разлагаться в плазме с образованием атомов фтора и вольфрама для химической реакции с образованием фторида.
• Травление нитрида титана: Нитрид титана, как твердый материал маски, заменяет традиционную маску из нитрида или оксида кремния в процессе двойного дамасска. Травление нитрида титана в основном используется в процессе открытия твердой маски, а основным продуктом реакции является TiCl4. Селективность между традиционной маской и слоем low-k диэлектрика невысока, что приведет к появлению дугообразного профиля на вершине слоя low-k диэлектрика и расширению ширины канавки после травления. Расстояние между линиями наплавленного металла слишком мало, что может привести к утечке моста или прямому разрушению.
2. Травление изолятора
Объектом травления изоляторов обычно являются диэлектрические материалы, такие как диоксид кремния или нитрид кремния, которые широко используются для формирования контактных отверстий и канальных отверстий для соединения различных слоев схемы. Для диэлектрического травления обычно используется травитель, основанный на принципе травления емкостной плазмы.
• Плазменное травление пленки диоксида кремния. Пленка диоксида кремния обычно травится с использованием травильных газов, содержащих фтор, таких как CF4, CHF3, C2F6, SF6 и C3F8. Углерод, содержащийся в травильном газе, может реагировать с кислородом в оксидном слое с образованием побочных продуктов CO и CO2, тем самым удаляя кислород из оксидного слоя. CF4 является наиболее часто используемым травильным газом. Когда CF4 сталкивается с электронами высокой энергии, образуются различные ионы, радикалы, атомы и свободные радикалы. Свободные радикалы фтора могут химически реагировать с SiO2 и Si с образованием летучего тетрафторида кремния (SiF4).
• Плазменное травление пленки нитрида кремния: Пленка нитрида кремния может быть травлена с использованием плазменного травления смесью газов CF4 или CF4 (с O2, SF6 и NF3). Для пленки Si3N4, когда для травления используется плазма CF4-O2 или другая газовая плазма, содержащая атомы F, скорость травления нитрида кремния может достигать 1200 Å/мин, а селективность травления может достигать 20:1. Основным продуктом является летучий тетрафторид кремния (SiF4), который легко экстрагируется.
4. Травление монокристаллического кремния.
Травление монокристаллического кремния в основном используется для формирования изоляции неглубоких траншей (STI). Этот процесс обычно включает в себя прорывной процесс и основной процесс травления. В революционном процессе используется газ SiF4 и NF для удаления оксидного слоя на поверхности монокристаллического кремния посредством сильной ионной бомбардировки и химического воздействия фторсодержащих элементов; при основном травлении в качестве основного травителя используется бромистый водород (HBr). Радикалы брома, разлагаемые HBr в плазменной среде, реагируют с кремнием с образованием летучего тетрабромида кремния (SiBr4), тем самым удаляя кремний. Для травления монокристаллического кремния обычно используется машина для травления с индуктивно-связанной плазмой.
5. Травление поликремния
Травление поликремния — один из ключевых процессов, определяющих размер затвора транзисторов, а размер затвора напрямую влияет на производительность интегральных схем. Травление поликремния требует хорошего коэффициента селективности. Галогенные газы, такие как хлор (Cl2), обычно используются для анизотропного травления и имеют хороший коэффициент селективности (до 10:1). Газы на основе брома, такие как бромистый водород (HBr), могут обеспечить более высокий коэффициент селективности (до 100:1). Смесь HBr с хлором и кислородом может увеличить скорость травления. Продукты реакции галогена и кремния откладываются на боковых стенках и играют защитную роль. Для травления поликремния обычно используется машина для травления с индуктивно-связанной плазмой.
Будь то травление емкостной плазмой или травление индуктивно-связанной плазмой, каждое из них имеет свои уникальные преимущества и технические характеристики. Выбор подходящей технологии травления позволяет не только повысить эффективность производства, но и обеспечить выход конечного продукта.
Время публикации: 12 ноября 2024 г.