V procesu izdelave polprevodnikov,jedkanicatehnologija je kritičen proces, ki se uporablja za natančno odstranjevanje neželenih materialov na substratu za oblikovanje kompleksnih vzorcev vezij. Ta članek bo podrobno predstavil dve glavni tehnologiji jedkanja – jedkanje s kapacitivno sklopljeno plazmo (CCP) in jedkanje z induktivno sklopljeno plazmo (ICP) in raziskati njihovo uporabo pri jedkanju različnih materialov.
Jedkanje s kapacitivno sklopljeno plazmo (CCP)
Jedkanje s kapacitivno sklopljeno plazmo (CCP) se doseže z uporabo RF napetosti na dve vzporedni ploščni elektrodi prek usmerjevalnika in enosmernega blokirnega kondenzatorja. Dve elektrodi in plazma skupaj tvorita enakovreden kondenzator. V tem procesu RF napetost tvori kapacitivni ovoj blizu elektrode, meja ovoja pa se spreminja s hitrim nihanjem napetosti. Ko elektroni dosežejo ta hitro spreminjajoči se ovoj, se odbijejo in pridobijo energijo, kar posledično sproži disociacijo ali ionizacijo molekul plina, da nastane plazma. CCP jedkanje se običajno uporablja za materiale z višjo energijo kemične vezi, kot so dielektriki, vendar je zaradi nižje hitrosti jedkanja primerno za aplikacije, ki zahtevajo fino kontrolo.
Jedkanje z induktivno sklopljeno plazmo (ICP)
Induktivno sklopljena plazmajedkanica(ICP) temelji na načelu, da izmenični tok teče skozi tuljavo, da ustvari inducirano magnetno polje. Pod delovanjem tega magnetnega polja se elektroni v reakcijski komori pospešijo in še naprej pospešujejo v induciranem električnem polju, sčasoma trčijo z molekulami reakcijskega plina, kar povzroči, da molekule disociirajo ali ionizirajo in tvorijo plazmo. Ta metoda lahko povzroči visoko stopnjo ionizacije in omogoči neodvisno prilagajanje gostote plazme in energije obstreljevanja, kar omogočaICP jedkanjezelo primeren za jedkanje materialov z nizko energijo kemične vezi, kot sta silicij in kovina. Poleg tega tehnologija ICP zagotavlja boljšo enakomernost in stopnjo jedkanja.
1. Jedkanje kovine
Jedkanje kovin se uporablja predvsem za obdelavo medsebojnih povezav in večplastnih kovinskih žic. Njegove zahteve vključujejo: visoko hitrost jedkanja, visoko selektivnost (več kot 4:1 za plast maske in več kot 20:1 za vmesni dielektrik), visoko enakomernost jedkanja, dober nadzor kritične dimenzije, brez poškodb zaradi plazme, manj preostalih onesnaževal in brez korozije na kovino. Jedkanje kovin običajno uporablja opremo za jedkanje z induktivno sklopljeno plazmo.
•Jedkanje aluminija: Aluminij je najpomembnejši žični material v srednji in zadnji fazi izdelave čipov, s prednostmi nizke odpornosti, enostavnega nanašanja in jedkanja. Jedkanje aluminija običajno uporablja plazmo, ki jo ustvarja plin klorid (kot je Cl2). Aluminij reagira s klorom, da nastane hlapni aluminijev klorid (AlCl3). Poleg tega lahko dodamo druge halogenide, kot so SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 itd., da odstranimo oksidno plast na površini aluminija in tako zagotovimo normalno jedkanje.
• Jedkanje volframa: V večplastnih povezovalnih strukturah kovinskih žic je volfram glavna kovina, ki se uporablja za medsebojno povezavo srednjega dela čipa. Plini na osnovi fluora ali klora se lahko uporabljajo za jedkanje kovinskega volframa, vendar imajo plini na osnovi fluora slabo selektivnost za silicijev oksid, medtem ko imajo plini na osnovi klora (kot je CCl4) boljšo selektivnost. Reakcijskemu plinu običajno dodamo dušik, da dobimo visoko selektivnost lepila za jedkanje, kisik pa dodamo, da zmanjšamo odlaganje ogljika. Jedkanje volframa s plinom na osnovi klora lahko doseže anizotropno jedkanje in visoko selektivnost. Plini, ki se uporabljajo pri suhem jedkanju volframa, so predvsem SF6, Ar in O2, med katerimi se lahko SF6 razgradi v plazmi, da zagotovi atome fluora, in volfram za kemično reakcijo, da nastane fluorid.
• Jedkanje s titanovim nitridom: titanov nitrid kot material za trdo masko nadomešča tradicionalno masko iz silicijevega nitrida ali oksida v postopku dvojnega damascenca. Jedkanje s titanovim nitridom se uporablja predvsem v postopku odpiranja trde maske, glavni produkt reakcije pa je TiCl4. Selektivnost med tradicionalno masko in dielektrično plastjo z nizkim k ni visoka, kar bo povzročilo pojav lokastega profila na vrhu dielektrične plasti z nizkim k in razširitev širine utora po jedkanju. Razmik med odloženimi kovinskimi črtami je premajhen, kar je nagnjeno k premostitvenemu puščanju ali neposredni okvari.
2. Jedkanje izolatorja
Predmet jedkanja izolatorja so običajno dielektrični materiali, kot sta silicijev dioksid ali silicijev nitrid, ki se pogosto uporabljajo za oblikovanje kontaktnih lukenj in kanalskih lukenj za povezovanje različnih plasti vezja. Dielektrično jedkanje običajno uporablja jedkalnik, ki temelji na principu jedkanja s kapacitivno sklopljeno plazmo.
• Plazemsko jedkanje filma silicijevega dioksida: Film silicijevega dioksida se običajno jedka z jedkalnimi plini, ki vsebujejo fluor, kot so CF4, CHF3, C2F6, SF6 in C3F8. Ogljik, ki ga vsebuje plin za jedkanje, lahko reagira s kisikom v oksidni plasti, da proizvede stranska produkta CO in CO2, s čimer se odstrani kisik v oksidni plasti. CF4 je najpogosteje uporabljen plin za jedkanje. Ko CF4 trči z elektroni visoke energije, nastanejo različni ioni, radikali, atomi in prosti radikali. Prosti radikali fluora lahko kemično reagirajo s SiO2 in Si, da proizvedejo hlapni silicijev tetrafluorid (SiF4).
• Plazemsko jedkanje filma iz silicijevega nitrida: Film iz silicijevega nitrida je mogoče jedkati s plazemskim jedkanjem s CF4 ali mešanim plinom CF4 (z O2, SF6 in NF3). Pri filmu Si3N4, ko se za jedkanje uporablja plazma CF4-O2 ali druga plinska plazma, ki vsebuje atome F, lahko hitrost jedkanja silicijevega nitrida doseže 1200Å/min, selektivnost jedkanja pa je lahko visoka do 20:1. Glavni produkt je hlapni silicijev tetrafluorid (SiF4), ki ga je enostavno ekstrahirati.
4. Jedkanje monokristalnega silicija
Jedkanje monokristalnega silicija se uporablja predvsem za oblikovanje izolacije plitvega jarka (STI). Ta postopek običajno vključuje prebojni postopek in glavni postopek jedkanja. Prebojni postopek uporablja plin SiF4 in NF za odstranjevanje oksidne plasti na površini monokristalnega silicija z močnim ionskim obstreljevanjem in kemičnim delovanjem fluorovih elementov; glavno jedkanje uporablja vodikov bromid (HBr) kot glavno jedkalo. Bromovi radikali, ki jih HBr razgradi v plazemskem okolju, reagirajo s silicijem in tvorijo hlapni silicijev tetrabromid (SiBr4), s čimer odstranijo silicij. Jedkanje monokristalnega silicija običajno uporablja stroj za jedkanje z induktivno sklopljeno plazmo.
5. Polisilikonsko jedkanje
Jedkanje polisilicija je eden ključnih procesov, ki določa velikost vrat tranzistorjev, velikost vrat pa neposredno vpliva na delovanje integriranih vezij. Jedkanje polisilicija zahteva dobro razmerje selektivnosti. Halogenski plini, kot je klor (Cl2), se običajno uporabljajo za doseganje anizotropnega jedkanja in imajo dobro selektivno razmerje (do 10:1). Plini na osnovi broma, kot je vodikov bromid (HBr), lahko dosežejo višje selektivno razmerje (do 100:1). Mešanica HBr s klorom in kisikom lahko poveča hitrost jedkanja. Reakcijski produkti plina halogena in silicija se nalagajo na stranske stene, da igrajo zaščitno vlogo. Za jedkanje polisilicija se običajno uporablja stroj za jedkanje z induktivno sklopljeno plazmo.
Ne glede na to, ali gre za jedkanje s kapacitivno sklopljeno plazmo ali jedkanje z induktivno sklopljeno plazmo, ima vsak svoje edinstvene prednosti in tehnične značilnosti. Izbira ustrezne tehnologije jedkanja lahko ne le izboljša učinkovitost proizvodnje, ampak tudi zagotovi izkoristek končnega izdelka.
Čas objave: 12. nov. 2024