În procesul de fabricație a semiconductorilor,gravaretehnologia este un proces critic care este utilizat pentru a îndepărta cu precizie materialele nedorite de pe substrat pentru a forma modele de circuite complexe. Acest articol va prezenta în detaliu două tehnologii de gravare principale – gravarea cu plasmă cuplată capacitiv (CCP) și gravarea cu plasmă cuplată inductiv (ICP), și să exploreze aplicațiile lor în gravarea diferitelor materiale.
Gravare cu plasmă cuplată capacitiv (CCP)
Gravarea cu plasmă cuplată capacitiv (CCP) se realizează prin aplicarea unei tensiuni RF la doi electrozi de placă paralelă printr-un potrivire și un condensator de blocare DC. Cei doi electrozi și plasma formează împreună un condensator echivalent. În acest proces, tensiunea RF formează o înveliș capacitiv în apropierea electrodului, iar limita învelișului se modifică odată cu oscilația rapidă a tensiunii. Când electronii ajung la această înveliș care se schimbă rapid, ei sunt reflectați și câștigă energie, care la rândul său declanșează disocierea sau ionizarea moleculelor de gaz pentru a forma plasmă. Gravarea CCP este de obicei aplicată materialelor cu energie de legătură chimică mai mare, cum ar fi dielectricii, dar datorită ratei sale de gravare mai mici, este potrivită pentru aplicații care necesită un control fin.
Gravarea cu plasmă cuplată inductiv (ICP)
Plasmă cuplată inductivgravare(ICP) se bazează pe principiul că un curent alternativ trece printr-o bobină pentru a genera un câmp magnetic indus. Sub acțiunea acestui câmp magnetic, electronii din camera de reacție sunt accelerați și continuă să accelereze în câmpul electric indus, ciocnind în cele din urmă cu moleculele de gaz de reacție, determinând moleculele să se disocieze sau să se ionizeze și să formeze plasmă. Această metodă poate produce o rată mare de ionizare și permite ajustarea independentă a densității plasmei și a energiei de bombardament, ceea ce face caGravura ICPfoarte potrivit pentru gravarea materialelor cu energie de legătură chimică scăzută, cum ar fi siliciul și metalul. În plus, tehnologia ICP oferă, de asemenea, o uniformitate și o rată de gravare mai bune.
1. Gravurarea metalelor
Gravarea metalului este utilizată în principal pentru prelucrarea interconexiunilor și a cablurilor metalice multistrat. Cerințele sale includ: viteză mare de gravare, selectivitate ridicată (mai mare de 4:1 pentru stratul de mască și mai mare de 20:1 pentru dielectricul interstrat), uniformitate ridicată de gravare, control bun al dimensiunii critice, fără deteriorare a plasmei, contaminanți reziduali mai puțini și fără coroziune a metalului. Gravarea metalelor utilizează de obicei echipamente de gravare cu plasmă cuplate inductiv.
•Gravarea aluminiului: aluminiul este cel mai important material de sârmă în etapele mijlocii și din spate ale producției de așchii, având avantajele rezistenței scăzute, depunere și gravare ușoară. Gravarea aluminiului folosește de obicei plasmă generată de clorura gazoasă (cum ar fi Cl2). Aluminiul reacţionează cu clorul pentru a produce clorură de aluminiu volatilă (AlCl3). În plus, pot fi adăugate și alte halogenuri precum SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 etc. pentru a îndepărta stratul de oxid de pe suprafața de aluminiu pentru a asigura gravarea normală.
• Gravare cu wolfram: În structurile de interconectare a sârmei metalice cu mai multe straturi, wolfram este metalul principal utilizat pentru interconectarea secțiunii de mijloc a cipului. Gazele pe bază de fluor sau pe bază de clor pot fi folosite pentru a grava metalul tungsten, dar gazele pe bază de fluor au o selectivitate slabă pentru oxidul de siliciu, în timp ce gazele pe bază de clor (cum ar fi CCl4) au o selectivitate mai bună. Azotul este de obicei adăugat la gazul de reacție pentru a obține o selectivitate ridicată a lipiciului de gravare, iar oxigenul este adăugat pentru a reduce depunerea de carbon. Gravarea wolframului cu gaz pe bază de clor poate realiza gravarea anizotropă și selectivitate ridicată. Gazele utilizate în gravarea uscată a wolframului sunt în principal SF6, Ar și O2, printre care SF6 poate fi descompus în plasmă pentru a furniza atomi de fluor și wolfram pentru reacția chimică pentru a produce fluor.
• Gravare cu nitrură de titan: Nitrura de titan, ca material dur pentru mască, înlocuiește tradiționala masca cu nitrură de siliciu sau oxid în procesul dublu de damaschin. Gravarea cu nitrură de titan este utilizată în principal în procesul de deschidere a măștii dure, iar principalul produs de reacție este TiCl4. Selectivitatea dintre masca tradițională și stratul dielectric low-k nu este mare, ceea ce va duce la apariția profilului în formă de arc pe partea superioară a stratului dielectric low-k și la extinderea lățimii canelurii după gravare. Distanța dintre liniile metalice depuse este prea mică, ceea ce este predispus la scurgeri de punte sau defecțiuni directe.
2. Gravarea izolatorului
Obiectul gravării izolatorului este de obicei materiale dielectrice, cum ar fi dioxidul de siliciu sau nitrura de siliciu, care sunt utilizate pe scară largă pentru a forma găuri de contact și găuri de canal pentru a conecta diferite straturi de circuit. Gravarea dielectrică utilizează de obicei un gravator bazat pe principiul gravării cu plasmă cuplată capacitiv.
• Gravarea cu plasmă a filmului de dioxid de siliciu: Filmul de dioxid de siliciu este de obicei gravat folosind gaze de gravare care conțin fluor, cum ar fi CF4, CHF3, C2F6, SF6 și C3F8. Carbonul conținut în gazul de gravare poate reacționa cu oxigenul din stratul de oxid pentru a produce produse secundare CO și CO2, eliminând astfel oxigenul din stratul de oxid. CF4 este cel mai frecvent utilizat gaz de gravare. Când CF4 se ciocnește cu electronii de înaltă energie, sunt produși diverși ioni, radicali, atomi și radicali liberi. Radicalii liberi de fluor pot reacționa chimic cu SiO2 și Si pentru a produce tetrafluorură de siliciu volatilă (SiF4).
• Gravarea cu plasmă a filmului cu nitrură de siliciu: Filmul cu nitrură de siliciu poate fi gravat utilizând gravarea cu plasmă cu CF4 sau CF4 gaz amestecat (cu O2, SF6 și NF3). Pentru filmul Si3N4, atunci când plasmă CF4-O2 sau altă plasmă gazoasă care conține atomi F este utilizată pentru gravare, viteza de gravare a nitrurii de siliciu poate ajunge la 1200Å/min, iar selectivitatea de gravare poate fi de până la 20:1. Produsul principal este tetrafluorura de siliciu volatilă (SiF4) care este ușor de extras.
4. Gravare cu siliciu monocristal
Gravarea pe siliciu cu un singur cristal este utilizată în principal pentru a forma izolarea de șanțuri superficiale (STI). Acest proces include de obicei un proces inovator și un proces principal de gravare. Procesul inovator folosește gaz SiF4 și NF pentru a îndepărta stratul de oxid de pe suprafața siliciului monocristal prin bombardarea ionică puternică și acțiunea chimică a elementelor fluor; gravarea principală folosește bromură de hidrogen (HBr) ca gravant principal. Radicalii de brom descompuși de HBr în mediul plasmatic reacționează cu siliciul pentru a forma tetrabromură de siliciu volatilă (SiBr4), eliminând astfel siliciul. Gravarea cu siliciu monocristal folosește de obicei o mașină de gravare cu plasmă cuplată inductiv.
5. Gravarea polisiliciului
Gravarea polisiliciului este unul dintre procesele cheie care determină dimensiunea porții a tranzistorilor, iar dimensiunea porții afectează direct performanța circuitelor integrate. Gravarea polisiliciului necesită un raport bun de selectivitate. Gazele halogene, cum ar fi clorul (Cl2) sunt de obicei utilizate pentru a realiza gravarea anizotropă și au un raport bun de selectivitate (până la 10:1). Gazele pe bază de brom, cum ar fi bromura de hidrogen (HBr), pot obține un raport de selectivitate mai mare (până la 100:1). Un amestec de HBr cu clor și oxigen poate crește rata de gravare. Produșii de reacție ai gazului halogen și a siliciului sunt depuși pe pereții laterali pentru a juca un rol protector. Gravarea polisiliciului utilizează de obicei o mașină de gravare cu plasmă cuplată inductiv.
Fie că este vorba de gravare cu plasmă cuplată capacitiv sau gravare cu plasmă cuplată inductiv, fiecare are propriile avantaje și caracteristici tehnice unice. Alegerea unei tehnologii de gravare adecvată poate nu numai să îmbunătățească eficiența producției, ci și să asigure randamentul produsului final.
Ora postării: 12-11-2024