Im HalbleiterherstellungsprozessRadierungBei der Technologie handelt es sich um einen entscheidenden Prozess, mit dem unerwünschte Materialien auf dem Substrat präzise entfernt werden, um komplexe Schaltkreismuster zu bilden. In diesem Artikel werden zwei gängige Ätztechnologien im Detail vorgestellt – das kapazitiv gekoppelte Plasmaätzen (CCP) und das induktiv gekoppelte Plasmaätzen (ICP) und erkunden Sie ihre Anwendungen beim Ätzen verschiedener Materialien.
Kapazitiv gekoppeltes Plasmaätzen (CCP)
Das kapazitiv gekoppelte Plasmaätzen (CCP) wird durch Anlegen einer HF-Spannung an zwei parallele Plattenelektroden über einen Matcher und einen DC-Sperrkondensator erreicht. Die beiden Elektroden und das Plasma bilden zusammen einen äquivalenten Kondensator. Bei diesem Prozess bildet die HF-Spannung eine kapazitive Hülle in der Nähe der Elektrode, und die Grenze der Hülle ändert sich mit der schnellen Schwingung der Spannung. Wenn Elektronen diese sich schnell verändernde Hülle erreichen, werden sie reflektiert und gewinnen Energie, was wiederum die Dissoziation oder Ionisierung von Gasmolekülen zur Bildung von Plasma auslöst. CCP-Ätzen wird normalerweise auf Materialien mit höherer chemischer Bindungsenergie angewendet, wie z. B. Dielektrika. Aufgrund der geringeren Ätzrate eignet es sich jedoch für Anwendungen, die eine Feinsteuerung erfordern.
Induktiv gekoppeltes Plasmaätzen (ICP)
Induktiv gekoppeltes PlasmaRadierung(ICP) basiert auf dem Prinzip, dass ein Wechselstrom durch eine Spule fließt, um ein induziertes Magnetfeld zu erzeugen. Unter der Wirkung dieses Magnetfelds werden die Elektronen in der Reaktionskammer beschleunigt und beschleunigen sich im induzierten elektrischen Feld weiter, bis sie schließlich mit den Reaktionsgasmolekülen kollidieren, wodurch die Moleküle dissoziieren oder ionisieren und Plasma bilden. Diese Methode kann eine hohe Ionisationsrate erzeugen und ermöglicht die unabhängige Einstellung der Plasmadichte und der BeschussenergieICP-ÄtzungSehr gut geeignet zum Ätzen von Materialien mit geringer chemischer Bindungsenergie, wie z. B. Silizium und Metall. Darüber hinaus sorgt die ICP-Technologie für eine bessere Gleichmäßigkeit und Ätzrate.
1. Metallätzung
Metallätzen wird hauptsächlich für die Bearbeitung von Verbindungen und mehrschichtigen Metallverdrahtungen eingesetzt. Zu seinen Anforderungen gehören: hohe Ätzrate, hohe Selektivität (mehr als 4:1 für die Maskenschicht und mehr als 20:1 für das Zwischenschichtdielektrikum), hohe Ätzgleichmäßigkeit, gute Kontrolle der kritischen Dimensionen, keine Plasmaschäden, weniger Restverunreinigungen usw Keine Korrosion an Metall. Beim Metallätzen werden üblicherweise induktiv gekoppelte Plasmaätzgeräte eingesetzt.
•Ätzen von Aluminium: Aluminium ist das wichtigste Drahtmaterial in der mittleren und hinteren Phase der Chipherstellung und bietet die Vorteile eines geringen Widerstands sowie einer einfachen Abscheidung und Ätzung. Beim Ätzen von Aluminium wird üblicherweise Plasma verwendet, das durch Chloridgas (z. B. Cl2) erzeugt wird. Aluminium reagiert mit Chlor zu flüchtigem Aluminiumchlorid (AlCl3). Darüber hinaus können andere Halogenide wie SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 usw. hinzugefügt werden, um die Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche zu entfernen und eine normale Ätzung sicherzustellen.
• Wolframätzen: In mehrschichtigen Metalldraht-Verbindungsstrukturen ist Wolfram das Hauptmetall, das für die Verbindung im Mittelteil des Chips verwendet wird. Zum Ätzen von metallischem Wolfram können Gase auf Fluor- oder Chlorbasis verwendet werden. Gase auf Fluorbasis weisen jedoch eine schlechte Selektivität für Siliziumoxid auf, während Gase auf Chlorbasis (z. B. CCl4) eine bessere Selektivität aufweisen. Normalerweise wird dem Reaktionsgas Stickstoff zugesetzt, um eine hohe Ätzklebstoffselektivität zu erreichen, und Sauerstoff wird zugesetzt, um die Kohlenstoffablagerung zu reduzieren. Durch das Ätzen von Wolfram mit Gas auf Chlorbasis können anisotropes Ätzen und eine hohe Selektivität erzielt werden. Die beim Trockenätzen von Wolfram verwendeten Gase sind hauptsächlich SF6, Ar und O2, wobei SF6 im Plasma zersetzt werden kann, um Fluoratome bereitzustellen, und Wolfram für die chemische Reaktion zur Herstellung von Fluorid.
• Ätzen von Titannitrid: Titannitrid ersetzt als Hartmaskenmaterial die herkömmliche Siliziumnitrid- oder Oxidmaske im Dual-Damascene-Prozess. Das Ätzen von Titannitrid wird hauptsächlich beim Öffnen der Hartmaske verwendet, und das Hauptreaktionsprodukt ist TiCl4. Die Selektivität zwischen der herkömmlichen Maske und der dielektrischen Schicht mit niedrigem k-Wert ist nicht hoch, was zum Auftreten des bogenförmigen Profils auf der Oberseite der dielektrischen Schicht mit niedrigem k-Wert und zu einer Vergrößerung der Rillenbreite nach dem Ätzen führt. Der Abstand zwischen den abgeschiedenen Metallleitungen ist zu klein, was zu Brückenlecks oder einem direkten Durchschlag führen kann.
2. Ätzen des Isolators
Gegenstand des Isolatorätzens sind üblicherweise dielektrische Materialien wie Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, die häufig zur Bildung von Kontaktlöchern und Kanallöchern zum Verbinden verschiedener Schaltkreisschichten verwendet werden. Beim dielektrischen Ätzen wird üblicherweise ein Ätzgerät verwendet, das auf dem Prinzip des kapazitiv gekoppelten Plasmaätzens basiert.
• Plasmaätzen von Siliziumdioxidfilmen: Siliziumdioxidfilme werden üblicherweise mit fluorhaltigen Ätzgasen wie CF4, CHF3, C2F6, SF6 und C3F8 geätzt. Der im Ätzgas enthaltene Kohlenstoff kann mit dem Sauerstoff in der Oxidschicht reagieren und dabei die Nebenprodukte CO und CO2 erzeugen, wodurch der Sauerstoff in der Oxidschicht entfernt wird. CF4 ist das am häufigsten verwendete Ätzgas. Wenn CF4 mit hochenergetischen Elektronen kollidiert, entstehen verschiedene Ionen, Radikale, Atome und freie Radikale. Freie Fluorradikale können chemisch mit SiO2 und Si reagieren und flüchtiges Siliziumtetrafluorid (SiF4) erzeugen.
• Plasmaätzen von Siliziumnitridfilmen: Siliziumnitridfilme können durch Plasmaätzen mit CF4- oder CF4-Mischgas (mit O2, SF6 und NF3) geätzt werden. Wenn bei Si3N4-Filmen CF4-O2-Plasma oder ein anderes Gasplasma mit F-Atomen zum Ätzen verwendet wird, kann die Ätzrate von Siliziumnitrid 1200 Å/min erreichen und die Ätzselektivität kann bis zu 20:1 betragen. Das Hauptprodukt ist flüchtiges Siliziumtetrafluorid (SiF4), das leicht zu extrahieren ist.
4. Ätzen von einkristallinem Silizium
Das Ätzen von einkristallinem Silizium wird hauptsächlich zur Bildung einer flachen Grabenisolation (STI) verwendet. Dieser Prozess umfasst normalerweise einen Durchbruchsprozess und einen Hauptätzprozess. Der bahnbrechende Prozess nutzt SiF4 und NF-Gas, um die Oxidschicht auf der Oberfläche von einkristallinem Silizium durch starken Ionenbeschuss und die chemische Wirkung von Fluorelementen zu entfernen; Beim Hauptätzen wird Bromwasserstoff (HBr) als Hauptätzmittel verwendet. Die durch HBr in der Plasmaumgebung zersetzten Bromradikale reagieren mit Silizium zu flüchtigem Siliziumtetrabromid (SiBr4) und entfernen so Silizium. Beim Ätzen von einkristallinem Silizium kommt üblicherweise eine induktiv gekoppelte Plasmaätzmaschine zum Einsatz.
5. Ätzen von Polysilizium
Das Ätzen von Polysilizium ist einer der Schlüsselprozesse, der die Gate-Größe von Transistoren bestimmt, und die Gate-Größe wirkt sich direkt auf die Leistung integrierter Schaltkreise aus. Das Ätzen von Polysilizium erfordert ein gutes Selektivitätsverhältnis. Zum anisotropen Ätzen werden üblicherweise Halogengase wie Chlor (Cl2) verwendet, die ein gutes Selektivitätsverhältnis (bis zu 10:1) aufweisen. Brombasierte Gase wie Bromwasserstoff (HBr) können ein höheres Selektivitätsverhältnis (bis zu 100:1) erzielen. Eine Mischung aus HBr mit Chlor und Sauerstoff kann die Ätzrate erhöhen. Die Reaktionsprodukte von Halogengas und Silizium lagern sich an den Seitenwänden ab und spielen eine schützende Rolle. Beim Ätzen von Polysilizium kommt üblicherweise eine induktiv gekoppelte Plasmaätzmaschine zum Einsatz.
Ob kapazitiv gekoppeltes Plasmaätzen oder induktiv gekoppeltes Plasmaätzen, jedes hat seine eigenen einzigartigen Vorteile und technischen Eigenschaften. Die Wahl einer geeigneten Ätztechnologie kann nicht nur die Produktionseffizienz verbessern, sondern auch die Ausbeute des Endprodukts sicherstellen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. November 2024