Στη διαδικασία κατασκευής ημιαγωγών,χαλκογραφίαΗ τεχνολογία είναι μια κρίσιμη διαδικασία που χρησιμοποιείται για την ακριβή αφαίρεση ανεπιθύμητων υλικών στο υπόστρωμα για να σχηματιστούν σύνθετα σχέδια κυκλωμάτων. Αυτό το άρθρο θα εισαγάγει δύο κύριες τεχνολογίες χάραξης με λεπτομέρεια – την χωρητική συζευγμένη χάραξη πλάσματος (CCP) και την επαγωγικά συζευγμένη χάραξη πλάσματος (ICP), και εξερευνήστε τις εφαρμογές τους στη χάραξη διαφορετικών υλικών.
Χωρητικά συζευγμένη χάραξη πλάσματος (CCP)
Η χωρητικά συζευγμένη χάραξη πλάσματος (CCP) επιτυγχάνεται με την εφαρμογή τάσης ραδιοσυχνοτήτων σε δύο παράλληλα ηλεκτρόδια πλάκας μέσω ενός αντιστοιχιστή και ενός πυκνωτή μπλοκαρίσματος DC. Τα δύο ηλεκτρόδια και το πλάσμα μαζί σχηματίζουν έναν ισοδύναμο πυκνωτή. Σε αυτή τη διαδικασία, η τάση RF σχηματίζει ένα χωρητικό περίβλημα κοντά στο ηλεκτρόδιο και το όριο του περιβλήματος αλλάζει με την ταχεία ταλάντωση της τάσης. Όταν τα ηλεκτρόνια φτάνουν σε αυτό το ταχέως μεταβαλλόμενο περίβλημα, αντανακλώνται και αποκτούν ενέργεια, η οποία με τη σειρά της πυροδοτεί τη διάσταση ή τον ιονισμό των μορίων αερίου για να σχηματιστεί πλάσμα. Η χάραξη CCP εφαρμόζεται συνήθως σε υλικά με υψηλότερη ενέργεια χημικού δεσμού, όπως τα διηλεκτρικά, αλλά λόγω του χαμηλότερου ρυθμού χάραξης, είναι κατάλληλη για εφαρμογές που απαιτούν λεπτό έλεγχο.
Επαγωγικά συζευγμένη χάραξη πλάσματος (ICP)
Επαγωγικά συζευγμένο πλάσμαχαλκογραφία(ICP) βασίζεται στην αρχή ότι ένα εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από ένα πηνίο για να δημιουργήσει ένα επαγόμενο μαγνητικό πεδίο. Κάτω από τη δράση αυτού του μαγνητικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια στο θάλαμο αντίδρασης επιταχύνονται και συνεχίζουν να επιταχύνονται στο επαγόμενο ηλεκτρικό πεδίο, τελικά συγκρούονται με τα μόρια του αερίου της αντίδρασης, προκαλώντας τη διάσπαση ή τον ιονισμό των μορίων και το σχηματισμό πλάσματος. Αυτή η μέθοδος μπορεί να παράγει υψηλό ρυθμό ιονισμού και να επιτρέψει την ανεξάρτητη ρύθμιση της πυκνότητας του πλάσματος και της ενέργειας βομβαρδισμού, γεγονός που καθιστάΧαλκογραφία ICPπολύ κατάλληλο για χάραξη υλικών με χαμηλή ενέργεια χημικού δεσμού, όπως πυρίτιο και μέταλλο. Επιπλέον, η τεχνολογία ICP παρέχει επίσης καλύτερη ομοιομορφία και ρυθμό χάραξης.
1. Μεταλλική χάραξη
Η μεταλλική χάραξη χρησιμοποιείται κυρίως για την επεξεργασία διασυνδέσεων και πολυστρωματικών μεταλλικών καλωδίων. Στις απαιτήσεις του περιλαμβάνονται: υψηλός ρυθμός χάραξης, υψηλή επιλεκτικότητα (μεγαλύτερη από 4:1 για το στρώμα μάσκας και μεγαλύτερη από 20:1 για το διηλεκτρικό ενδιάμεσων στρωμάτων), υψηλή ομοιομορφία χάραξης, καλός έλεγχος κρίσιμων διαστάσεων, καμία ζημιά στο πλάσμα, λιγότεροι υπολειμματικοί ρύποι και χωρίς διάβρωση σε μέταλλο. Η χάραξη μετάλλων συνήθως χρησιμοποιεί επαγωγικά συζευγμένο εξοπλισμό χάραξης πλάσματος.
•Χάραξη αλουμινίου: Το αλουμίνιο είναι το πιο σημαντικό υλικό σύρματος στα μεσαία και πίσω στάδια της κατασκευής τσιπ, με τα πλεονεκτήματα της χαμηλής αντίστασης, της εύκολης εναπόθεσης και της χάραξης. Η χάραξη αλουμινίου χρησιμοποιεί συνήθως πλάσμα που παράγεται από αέριο χλωρίδιο (όπως Cl2). Το αλουμίνιο αντιδρά με το χλώριο για να παράγει πτητικό χλωριούχο αργίλιο (AlCl3). Επιπλέον, άλλα αλογονίδια όπως SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, κ.λπ. μπορούν να προστεθούν για την αφαίρεση του στρώματος οξειδίου στην επιφάνεια του αλουμινίου για να εξασφαλιστεί η κανονική χάραξη.
• Χάραξη βολφραμίου: Σε πολυστρωματικές δομές διασύνδεσης μεταλλικών συρμάτων, το βολφράμιο είναι το κύριο μέταλλο που χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση του μεσαίου τμήματος του τσιπ. Αέρια με βάση το φθόριο ή το χλώριο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την χάραξη μεταλλικού βολφραμίου, αλλά τα αέρια με βάση το φθόριο έχουν κακή εκλεκτικότητα για το οξείδιο του πυριτίου, ενώ τα αέρια με βάση το χλώριο (όπως το CCl4) έχουν καλύτερη επιλεκτικότητα. Συνήθως προστίθεται άζωτο στο αέριο αντίδρασης για να ληφθεί υψηλή εκλεκτικότητα κόλλας χάραξης και προστίθεται οξυγόνο για να μειωθεί η εναπόθεση άνθρακα. Η χάραξη βολφραμίου με αέριο με βάση το χλώριο μπορεί να επιτύχει ανισότροπη χάραξη και υψηλή εκλεκτικότητα. Τα αέρια που χρησιμοποιούνται στην ξηρή χάραξη του βολφραμίου είναι κυρίως SF6, Ar και O2, μεταξύ των οποίων το SF6 μπορεί να αποσυντεθεί στο πλάσμα για να παρέχει άτομα φθορίου και βολφράμιο για χημική αντίδραση για παραγωγή φθορίου.
• Χάραξη νιτριδίου τιτανίου: Το νιτρίδιο του τιτανίου, ως υλικό σκληρής μάσκας, αντικαθιστά την παραδοσιακή μάσκα νιτριδίου ή οξειδίου του πυριτίου στη διεργασία διπλού δαμασκηνού. Η χάραξη με νιτρίδιο τιτανίου χρησιμοποιείται κυρίως στη διαδικασία ανοίγματος σκληρής μάσκας και το κύριο προϊόν αντίδρασης είναι το TiCl4. Η επιλεκτικότητα μεταξύ της παραδοσιακής μάσκας και του διηλεκτρικού στρώματος χαμηλού k δεν είναι υψηλή, γεγονός που θα οδηγήσει στην εμφάνιση του προφίλ σε σχήμα τόξου στην κορυφή του διηλεκτρικού στρώματος χαμηλού k και στην επέκταση του πλάτους της αυλάκωσης μετά τη χάραξη. Η απόσταση μεταξύ των εναποτιθέμενων μεταλλικών γραμμών είναι πολύ μικρή, γεγονός που είναι επιρρεπές σε διαρροή γεφύρωσης ή άμεση βλάβη.
2. Χαλκογραφία μονωτή
Το αντικείμενο της χάραξης του μονωτή είναι συνήθως διηλεκτρικά υλικά όπως το διοξείδιο του πυριτίου ή το νιτρίδιο του πυριτίου, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως για το σχηματισμό οπών επαφής και οπών καναλιών για τη σύνδεση διαφορετικών στρωμάτων κυκλώματος. Η διηλεκτρική χάραξη χρησιμοποιεί συνήθως μια χαρακτική που βασίζεται στην αρχή της χωρητικώς συζευγμένης χάραξης πλάσματος.
• Χάραξη μεμβράνης διοξειδίου του πυριτίου με πλάσμα: Το φιλμ διοξειδίου του πυριτίου συνήθως χαράσσεται χρησιμοποιώντας αέρια χάραξης που περιέχουν φθόριο, όπως CF4, CHF3, C2F6, SF6 και C3F8. Ο άνθρακας που περιέχεται στο αέριο χάραξης μπορεί να αντιδράσει με το οξυγόνο στο στρώμα του οξειδίου για να παράγει υποπροϊόντα CO και CO2, αφαιρώντας έτσι το οξυγόνο στο στρώμα οξειδίου. Το CF4 είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο αέριο χάραξης. Όταν το CF4 συγκρούεται με ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας, παράγονται διάφορα ιόντα, ρίζες, άτομα και ελεύθερες ρίζες. Οι ελεύθερες ρίζες φθορίου μπορούν να αντιδράσουν χημικά με SiO2 και Si για να παράγουν πτητικό τετραφθοριούχο πυρίτιο (SiF4).
• Χάραξη πλάσματος φιλμ νιτριδίου του πυριτίου: Το φιλμ νιτριδίου του πυριτίου μπορεί να χαραχθεί χρησιμοποιώντας χάραξη πλάσματος με μικτό αέριο CF4 ή CF4 (με O2, SF6 και NF3). Για φιλμ Si3N4, όταν χρησιμοποιείται πλάσμα CF4-O2 ή άλλο πλάσμα αερίου που περιέχει άτομα F για χάραξη, ο ρυθμός χάραξης του νιτριδίου του πυριτίου μπορεί να φτάσει τα 1200 Α/λεπτό και η επιλεκτικότητα χάραξης μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 20:1. Το κύριο προϊόν είναι το πτητικό τετραφθοριούχο πυρίτιο (SiF4) που είναι εύκολο να εξαχθεί.
4. Μονοκρυσταλλική χάραξη πυριτίου
Η χάραξη πυριτίου μονοκρυστάλλου χρησιμοποιείται κυρίως για το σχηματισμό ρηχής απομόνωσης τάφρου (STI). Αυτή η διαδικασία συνήθως περιλαμβάνει μια διαδικασία ανακάλυψης και μια κύρια διαδικασία χάραξης. Η πρωτοποριακή διαδικασία χρησιμοποιεί αέριο SiF4 και NF για να αφαιρέσει το στρώμα οξειδίου στην επιφάνεια του μονοκρυσταλλικού πυριτίου μέσω ισχυρού βομβαρδισμού ιόντων και της χημικής δράσης στοιχείων φθορίου. η κύρια χάραξη χρησιμοποιεί υδροβρώμιο (HBr) ως κύριο χαρακτικό. Οι ρίζες βρωμίου που αποσυντίθενται από το HBr στο περιβάλλον του πλάσματος αντιδρούν με το πυρίτιο για να σχηματίσουν πτητικό τετραβρωμιούχο πυρίτιο (SiBr4), απομακρύνοντας έτσι το πυρίτιο. Η χάραξη πυριτίου μονού κρυστάλλου χρησιμοποιεί συνήθως μια επαγωγικά συζευγμένη μηχανή χάραξης πλάσματος.
5. Χαλκογραφία με πολυπυρίτιο
Η χάραξη πολυπυριτίου είναι μία από τις βασικές διαδικασίες που καθορίζει το μέγεθος της πύλης των τρανζίστορ και το μέγεθος της πύλης επηρεάζει άμεσα την απόδοση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η χάραξη με πολυπυρίτιο απαιτεί καλή αναλογία επιλεκτικότητας. Αέρια αλογόνου όπως το χλώριο (Cl2) χρησιμοποιούνται συνήθως για την επίτευξη ανισότροπης χάραξης και έχουν καλή αναλογία επιλεκτικότητας (έως 10:1). Τα αέρια με βάση το βρώμιο όπως το υδροβρώμιο (HBr) μπορούν να αποκτήσουν υψηλότερη αναλογία επιλεκτικότητας (έως 100:1). Ένα μείγμα HBr με χλώριο και οξυγόνο μπορεί να αυξήσει τον ρυθμό χάραξης. Τα προϊόντα αντίδρασης αερίου αλογόνου και πυριτίου εναποτίθενται στα πλευρικά τοιχώματα για να παίξουν προστατευτικό ρόλο. Η χάραξη πολυπυριτίου συνήθως χρησιμοποιεί μια επαγωγικά συζευγμένη μηχανή χάραξης πλάσματος.
Είτε πρόκειται για εγχάραξη πλάσματος χωρητικής σύζευξης είτε για εγχάραξη πλάσματος με επαγωγική σύζευξη, το καθένα έχει τα δικά του μοναδικά πλεονεκτήματα και τεχνικά χαρακτηριστικά. Η επιλογή μιας κατάλληλης τεχνολογίας χάραξης μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει την αποδοτικότητα της παραγωγής, αλλά και να εξασφαλίσει την απόδοση του τελικού προϊόντος.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-12-2024