V procese výroby polovodičov,leptanietechnológia je kritický proces, ktorý sa používa na presné odstránenie nežiaducich materiálov na substráte, aby sa vytvorili zložité obvodové vzory. Tento článok podrobne predstaví dve hlavné technológie leptania – kapacitne viazané plazmové leptanie (CCP) a indukčne viazané plazmové leptanie (ICP) a skúmajte ich aplikácie pri leptaní rôznych materiálov.
Kapacitne viazané plazmové leptanie (CCP)
Kapacitne viazané plazmové leptanie (CCP) sa dosahuje privedením RF napätia na dve paralelné doskové elektródy cez dorovnávač a jednosmerný blokovací kondenzátor. Dve elektródy a plazma spolu tvoria ekvivalentný kondenzátor. V tomto procese vysokofrekvenčné napätie tvorí kapacitný plášť v blízkosti elektródy a hranica plášťa sa mení s rýchlou osciláciou napätia. Keď elektróny dosiahnu tento rýchlo sa meniaci obal, odrážajú sa a získavajú energiu, čo následne spúšťa disociáciu alebo ionizáciu molekúl plynu za vzniku plazmy. Leptanie CCP sa zvyčajne aplikuje na materiály s vyššou energiou chemickej väzby, ako sú dielektrika, ale vďaka nižšej rýchlosti leptania je vhodné pre aplikácie vyžadujúce jemné ovládanie.
Leptanie indukčne viazanou plazmou (ICP)
Indukčne viazaná plazmaleptanie(ICP) je založený na princípe, že striedavý prúd prechádza cievkou a vytvára indukované magnetické pole. Pôsobením tohto magnetického poľa sa elektróny v reakčnej komore urýchľujú a pokračujú v zrýchľovaní v indukovanom elektrickom poli, prípadne sa zrazia s molekulami reakčného plynu, čo spôsobí disociáciu alebo ionizáciu molekúl a vytvorenie plazmy. Táto metóda môže produkovať vysokú rýchlosť ionizácie a umožňuje nezávislé nastavenie hustoty plazmy a energie bombardovania, čo robíICP leptanieveľmi vhodné na leptanie materiálov s nízkou energiou chemickej väzby, ako je kremík a kov. Okrem toho technológia ICP tiež poskytuje lepšiu jednotnosť a rýchlosť leptania.
1. Leptanie kovov
Leptanie kovu sa používa hlavne na spracovanie prepojení a viacvrstvových kovových rozvodov. Medzi jeho požiadavky patrí: vysoká rýchlosť leptania, vysoká selektivita (vyššia ako 4:1 pre vrstvu masky a väčšia ako 20:1 pre medzivrstvové dielektrikum), vysoká rovnomernosť leptania, dobrá kontrola kritických rozmerov, žiadne poškodenie plazmou, menej zvyškových nečistôt a žiadna korózia kovu. Na leptanie kovov sa zvyčajne používa zariadenie na leptanie s indukčne viazanou plazmou.
•Leptanie hliníka: Hliník je najdôležitejším drôteným materiálom v strednej a zadnej fáze výroby čipov s výhodami nízkej odolnosti, ľahkého nanášania a leptania. Leptanie hliníka zvyčajne používa plazmu generovanú plynným chloridom (ako je Cl2). Hliník reaguje s chlórom za vzniku prchavého chloridu hlinitého (AlCl3). Okrem toho sa môžu pridať ďalšie halogenidy, ako je SiCl4, BCI3, BBr3, CCI4, CHF3 atď., aby sa odstránila vrstva oxidu na povrchu hliníka, aby sa zabezpečilo normálne leptanie.
• Leptanie volfrámu: Vo viacvrstvových prepojovacích štruktúrach kovových drôtov je volfrám hlavným kovom používaným na prepojenie strednej časti čipu. Plyny na báze fluóru alebo na báze chlóru sa môžu použiť na leptanie kovového volfrámu, ale plyny na báze fluóru majú slabú selektivitu pre oxid kremičitý, zatiaľ čo plyny na báze chlóru (ako je CCl4) majú lepšiu selektivitu. Dusík sa zvyčajne pridáva do reakčného plynu, aby sa dosiahla vysoká selektivita leptacieho lepidla, a kyslík sa pridáva na zníženie usadzovania uhlíka. Leptanie volfrámu plynom na báze chlóru môže dosiahnuť anizotropné leptanie a vysokú selektivitu. Plyny používané pri suchom leptaní volfrámu sú hlavne SF6, Ar a O2, z ktorých SF6 sa môže rozložiť v plazme za vzniku atómov fluóru a volfrámu na chemickú reakciu za vzniku fluoridu.
• Leptanie nitridom titánu: nitrid titánu ako tvrdý materiál masky nahrádza tradičnú masku z nitridu kremíka alebo oxidu v duálnom damascénskom procese. Leptanie nitridom titánu sa používa hlavne v procese otvárania tvrdej masky a hlavným reakčným produktom je TiCl4. Selektivita medzi tradičnou maskou a vrstvou dielektrika s nízkym k nie je vysoká, čo povedie k vzhľadu oblúkového profilu na vrchu dielektrickej vrstvy s nízkym k a rozšíreniu šírky drážky po leptaní. Vzdialenosť medzi nanesenými kovovými líniami je príliš malá, čo je náchylné na presakovanie alebo priame poškodenie.
2. Leptanie izolátora
Predmetom leptania izolátora sú zvyčajne dielektrické materiály, ako je oxid kremičitý alebo nitrid kremíka, ktoré sa široko používajú na vytváranie kontaktných otvorov a kanálových otvorov na spojenie rôznych vrstiev obvodov. Dielektrické leptanie zvyčajne používa leptadlo založené na princípe kapacitne viazaného plazmového leptania.
• Plazmové leptanie filmu oxidu kremičitého: Film oxidu kremičitého sa zvyčajne leptá pomocou leptacích plynov obsahujúcich fluór, ako sú CF4, CHF3, C2F6, SF6 a C3F8. Uhlík obsiahnutý v leptacom plyne môže reagovať s kyslíkom v oxidovej vrstve za vzniku vedľajších produktov CO a CO2, čím sa odstráni kyslík z oxidovej vrstvy. CF4 je najbežnejšie používaný leptací plyn. Pri zrážke CF4 s vysokoenergetickými elektrónmi vznikajú rôzne ióny, radikály, atómy a voľné radikály. Voľné radikály fluóru môžu chemicky reagovať s SiO2 a Si za vzniku prchavého fluoridu kremičitého (SiF4).
• Plazmové leptanie filmu z nitridu kremíka: Film z nitridu kremíka možno leptať pomocou plazmového leptania zmesovým plynom CF4 alebo CF4 (s O2, SF6 a NF3). V prípade filmu Si3N4, keď sa na leptanie používa plazma CF4-O2 alebo iná plynná plazma obsahujúca atómy F, rýchlosť leptania nitridu kremíka môže dosiahnuť 1200 Á/min a selektivita leptania môže byť až 20:1. Hlavným produktom je prchavý fluorid kremičitý (SiF4), ktorý sa ľahko extrahuje.
4. Leptanie monokryštálom kremíka
Leptanie monokryštálového kremíka sa používa hlavne na vytvorenie izolácie plytkej priekopy (STI). Tento proces zvyčajne zahŕňa prelomový proces a hlavný proces leptania. Prielomový proces využíva plyn SiF4 a NF na odstránenie vrstvy oxidu na povrchu monokryštálového kremíka prostredníctvom silného bombardovania iónmi a chemického pôsobenia fluórových prvkov; hlavné leptanie používa ako hlavné leptadlo bromovodík (HBr). Brómové radikály rozložené HBr v plazmovom prostredí reagujú s kremíkom za vzniku prchavého bromidu kremičitého (SiBr4), čím sa odstraňuje kremík. Na leptanie monokryštálu kremíka sa zvyčajne používa stroj na leptanie s indukčne viazanou plazmou.
5. Polysilikónové leptanie
Leptanie polysilikónu je jedným z kľúčových procesov, ktoré určujú veľkosť brány tranzistorov a veľkosť brány priamo ovplyvňuje výkon integrovaných obvodov. Polysilikónové leptanie vyžaduje dobrý pomer selektivity. Halogénové plyny, ako je chlór (Cl2), sa zvyčajne používajú na dosiahnutie anizotropného leptania a majú dobrý pomer selektivity (až 10:1). Plyny na báze brómu, ako je bromovodík (HBr), môžu získať vyšší pomer selektivity (až 100:1). Zmes HBr s chlórom a kyslíkom môže zvýšiť rýchlosť leptania. Reakčné produkty halogénového plynu a kremíka sa ukladajú na bočné steny a zohrávajú ochrannú úlohu. Polysilikónové leptanie zvyčajne používa indukčne viazaný plazmový leptací stroj.
Či už ide o kapacitne viazané plazmové leptanie alebo indukčne viazané plazmové leptanie, každé má svoje jedinečné výhody a technické vlastnosti. Voľba vhodnej technológie leptania môže nielen zlepšiť efektivitu výroby, ale aj zabezpečiť výťažnosť finálneho produktu.
Čas uverejnenia: 12. novembra 2024