Puolijohteiden valmistusprosessissaetsaustekniikka on kriittinen prosessi, jota käytetään ei-toivottujen materiaalien tarkkaan poistamiseen alustalta monimutkaisten piirikuvioiden muodostamiseksi. Tässä artikkelissa esitellään kaksi yleistä etsaustekniikkaa yksityiskohtaisesti - kapasitiivisesti kytketty plasmaetsaus (CCP) ja induktiivisesti kytketty plasmaetsaus (ICP) ja tutkia niiden sovelluksia eri materiaalien syövytyksessä.
Kapasitiivisesti kytketty plasmaetsaus (CCP)
Kapasitiivisesti kytketty plasmaetsaus (CCP) saavutetaan kohdistamalla RF-jännite kahteen rinnakkaiseen levyelektrodiin sovittimen ja DC-estokondensaattorin kautta. Kaksi elektrodia ja plasma muodostavat yhdessä vastaavan kondensaattorin. Tässä prosessissa RF-jännite muodostaa kapasitiivisen vaipan lähelle elektrodia, ja vaipan raja muuttuu jännitteen nopean värähtelyn myötä. Kun elektronit saavuttavat tämän nopeasti muuttuvan vaipan, ne heijastuvat ja saavat energiaa, mikä puolestaan laukaisee kaasumolekyylien dissosioitumisen tai ionisoitumisen plasman muodostamiseksi. CCP-syövytystä käytetään yleensä materiaaleihin, joilla on korkeampi kemiallinen sidosenergia, kuten dielektrikot, mutta pienemmän syövytysnopeuden ansiosta se soveltuu hienosäätöä vaativiin sovelluksiin.
Induktiivisesti kytketty plasmaetsaus (ICP)
Induktiivisesti kytketty plasmaetsaus(ICP) perustuu periaatteeseen, että vaihtovirta kulkee kelan läpi indusoidun magneettikentän muodostamiseksi. Tämän magneettikentän vaikutuksesta reaktiokammiossa olevat elektronit kiihtyvät ja jatkavat kiihtymistä indusoidussa sähkökentässä ja lopulta törmäävät reaktiokaasumolekyyleihin, jolloin molekyylit hajoavat tai ionisoituvat ja muodostavat plasmaa. Tämä menetelmä voi tuottaa suuren ionisaationopeuden ja mahdollistaa plasman tiheyden ja pommitusenergian säätämisen itsenäisesti, mikä tekeeICP-etsaussoveltuu erittäin hyvin matalan kemiallisen sidosenergian omaavien materiaalien, kuten piin ja metallin, syövytykseen. Lisäksi ICP-teknologia tarjoaa myös paremman tasaisuuden ja etsausnopeuden.
1. Metallin etsaus
Metallien etsausta käytetään pääasiassa liitosten ja monikerroksisten metallijohtojen käsittelyyn. Sen vaatimuksiin kuuluvat: korkea etsausnopeus, korkea selektiivisyys (suurempi kuin 4:1 maskikerrokselle ja suurempi kuin 20:1 välikerroseristeelle), korkea etsaustasaisuus, hyvä kriittisten mittojen hallinta, ei plasmavaurioita, vähemmän jäännöskontaminantteja ja ei korroosiota metalliin. Metallien syövytyksessä käytetään yleensä induktiivisesti kytkettyä plasmaetsauslaitteistoa.
•Alumiinin etsaus: Alumiini on tärkein lankamateriaali sirutuotannon keski- ja takavaiheessa, ja sen edut ovat alhainen vastus, helppo saostus ja syövytys. Alumiinin syövytyksessä käytetään yleensä kloridikaasun (kuten Cl2) tuottamaa plasmaa. Alumiini reagoi kloorin kanssa muodostaen haihtuvaa alumiinikloridia (AlCl3). Lisäksi voidaan lisätä muita halogenideja, kuten SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 jne. oksidikerroksen poistamiseksi alumiinipinnalta normaalin syövytyksen varmistamiseksi.
• Volframietsaus: Monikerroksisissa metallilankojen liitäntärakenteissa volframi on päämetalli, jota käytetään sirun keskiosan yhteenliittämiseen. Fluoripohjaisia tai klooripohjaisia kaasuja voidaan käyttää metallivolframin etsaukseen, mutta fluoripohjaisilla kaasuilla on huono selektiivisyys piioksidin suhteen, kun taas klooripohjaisilla kaasuilla (kuten CCl4) on parempi selektiivisyys. Typpeä lisätään yleensä reaktiokaasuun korkean etsausliiman selektiivisyyden saavuttamiseksi, ja happea lisätään hiilen laskeuman vähentämiseksi. Syövyttämällä volframia klooripohjaisella kaasulla voidaan saavuttaa anisotrooppinen syövytys ja korkea selektiivisyys. Volframin kuivaetsauksessa käytetyt kaasut ovat pääasiassa SF6, Ar ja O2, joista SF6 voidaan hajottaa plasmassa fluoriatomeiksi ja volframia kemiallista reaktiota varten fluorin tuottamiseksi.
• Titaaninitridietsaus: Titaaninitridi kovana maskimateriaalina korvaa perinteisen piinitridi- tai oksidimaskin kaksoisdamasseeniprosessissa. Titaaninitridietsaus käytetään pääasiassa kovan maskin avausprosessissa, ja pääreaktiotuote on TiCl4. Perinteisen maskin ja matalan k:n dielektrisen kerroksen välinen selektiivisyys ei ole korkea, mikä johtaa kaaren muotoisen profiilin ilmestymiseen matalan k-dielektrisen kerroksen päälle ja uran leveyden laajenemiseen syövytyksen jälkeen. Kerrostuneiden metallilinjojen välinen etäisyys on liian pieni, mikä on altis siltavuotolle tai suoralle rikkoutumiselle.
2. Eristeen etsaus
Eristeen etsauksen kohteena ovat yleensä dielektriset materiaalit, kuten piidioksidi tai piinitridi, joita käytetään laajasti kosketusreikien ja kanavareikien muodostamiseen eri piirikerrosten yhdistämiseksi. Dielektrisessä etsauksessa käytetään yleensä kapasitiivisesti kytketyn plasmaetsauksen periaatteeseen perustuvaa etseria.
• Piidioksidikalvon plasmaetsaus: Piidioksidikalvo syövytetään yleensä fluoria sisältävillä etsauskaasuilla, kuten CF4, CHF3, C2F6, SF6 ja C3F8. Syövytyskaasun sisältämä hiili voi reagoida oksidikerroksen hapen kanssa tuottaen sivutuotteita CO ja CO2, mikä poistaa hapen oksidikerroksesta. CF4 on yleisimmin käytetty syövytyskaasu. Kun CF4 törmää korkeaenergisiin elektroneihin, syntyy erilaisia ioneja, radikaaleja, atomeja ja vapaita radikaaleja. Fluorin vapaat radikaalit voivat reagoida kemiallisesti SiO2:n ja Si:n kanssa tuottaen haihtuvaa piitetrafluoridia (SiF4).
• Piinitridikalvon plasmaetsaus: Piinitridikalvo voidaan syövyttää plasmaetsauksella CF4- tai CF4-sekoituksella (O2, SF6 ja NF3). Si3N4-kalvolla, kun syövytykseen käytetään CF4-O2-plasmaa tai muuta F-atomeja sisältävää kaasuplasmaa, piinitridin etsausnopeus voi olla 1200Å/min ja syövytyksen selektiivisyys voi olla jopa 20:1. Päätuote on haihtuva piitetrafluoridi (SiF4), joka on helppo uuttaa.
4. Yksikiteinen piietsaus
Yksikiteistä piietsausta käytetään pääasiassa matalan kaivantoeristeen (STI) muodostamiseen. Tämä prosessi sisältää yleensä läpimurtoprosessin ja pääetsausprosessin. Läpimurtoprosessissa käytetään SiF4- ja NF-kaasua oksidikerroksen poistamiseen yksikiteisen piin pinnalta voimakkaan ionipommituksen ja fluorielementtien kemiallisen vaikutuksen avulla; pääetsaus käyttää bromivetyä (HBr) pääetsausaineena. Plasmaympäristössä HBr:n hajottamat bromiradikaalit reagoivat piin kanssa muodostaen haihtuvaa piitetrabromidia (SiBr4), mikä poistaa piitä. Yksikiteinen piietsaus käyttää yleensä induktiivisesti kytkettyä plasmaetsauskonetta.
5. Polypii-etsaus
Polypiietsaus on yksi avainprosesseista, joka määrittää transistorien hilan koon, ja hilan koko vaikuttaa suoraan integroitujen piirien suorituskykyyn. Polypiietsaus vaatii hyvän selektiivisyyssuhteen. Halogeenikaasuja, kuten klooria (Cl2), käytetään yleensä anisotrooppisen syövytyksen aikaansaamiseen, ja niillä on hyvä selektiivisyyssuhde (jopa 10:1). Bromipohjaiset kaasut, kuten bromivety (HBr), voivat saada korkeamman selektiivisyyssuhteen (jopa 100:1). HBr:n seos kloorin ja hapen kanssa voi lisätä etsausnopeutta. Halogeenikaasun ja piin reaktiotuotteet kerrostuvat sivuseinille toimimaan suojaavana roolina. Polypiietsaus käyttää yleensä induktiivisesti kytkettyä plasmaetsauskonetta.
Olipa kyseessä sitten kapasitiivisesti kytketty plasmaetsaus tai induktiivisesti kytketty plasmaetsaus, jokaisella on omat ainutlaatuiset etunsa ja tekniset ominaisuutensa. Sopivan etsaustekniikan valitseminen voi paitsi parantaa tuotannon tehokkuutta, myös varmistaa lopputuotteen tuoton.
Postitusaika: 12.11.2024