No processo de fabricação de semicondutores,gravuraa tecnologia é um processo crítico usado para remover com precisão materiais indesejados no substrato para formar padrões de circuito complexos. Este artigo apresentará em detalhes duas tecnologias de gravação convencionais - gravação com plasma capacitivamente acoplado (CCP) e gravação com plasma indutivamente acoplado (PIC) e explorar suas aplicações na gravação de diferentes materiais.
Gravura com plasma capacitivamente acoplado (CCP)
A gravação de plasma capacitivamente acoplada (CCP) é obtida aplicando uma tensão de RF a dois eletrodos de placas paralelas através de um matcher e um capacitor de bloqueio DC. Os dois eletrodos e o plasma juntos formam um capacitor equivalente. Neste processo, a tensão de RF forma uma bainha capacitiva próxima ao eletrodo, e o limite da bainha muda com a rápida oscilação da tensão. Quando os elétrons alcançam essa bainha em rápida mudança, eles são refletidos e ganham energia, o que por sua vez desencadeia a dissociação ou ionização de moléculas de gás para formar plasma. A gravação CCP é geralmente aplicada a materiais com maior energia de ligação química, como dielétricos, mas devido à sua menor taxa de gravação, é adequado para aplicações que exigem controle preciso.
Gravura com plasma indutivamente acoplado (ICP)
Plasma acoplado indutivamentegravura(ICP) baseia-se no princípio de que uma corrente alternada passa através de uma bobina para gerar um campo magnético induzido. Sob a ação deste campo magnético, os elétrons na câmara de reação são acelerados e continuam a acelerar no campo elétrico induzido, eventualmente colidindo com as moléculas do gás de reação, fazendo com que as moléculas se dissociem ou ionizem e formem plasma. Este método pode produzir uma alta taxa de ionização e permitir que a densidade do plasma e a energia de bombardeio sejam ajustadas de forma independente, o que tornaGravura ICPmuito adequado para gravar materiais com baixa energia de ligação química, como silício e metal. Além disso, a tecnologia ICP também proporciona melhor uniformidade e taxa de gravação.
1. Gravura metálica
•Gravura em alumínio: O alumínio é o material de fio mais importante nos estágios intermediário e posterior da fabricação de chips, com as vantagens de baixa resistência, fácil deposição e gravação. A gravação de alumínio geralmente usa plasma gerado por gás cloreto (como Cl2). O alumínio reage com o cloro para produzir cloreto de alumínio volátil (AlCl3). Além disso, outros halogenetos como SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, etc. podem ser adicionados para remover a camada de óxido na superfície do alumínio para garantir a corrosão normal.
• Gravação de tungstênio: Em estruturas de interconexão de fios metálicos multicamadas, o tungstênio é o principal metal utilizado para a interconexão da seção intermediária do chip. Gases à base de flúor ou à base de cloro podem ser usados para gravar tungstênio metálico, mas os gases à base de flúor têm baixa seletividade para o óxido de silício, enquanto os gases à base de cloro (como CCl4) têm melhor seletividade. Geralmente é adicionado nitrogênio ao gás de reação para obter uma alta seletividade da cola de ataque químico, e oxigênio é adicionado para reduzir a deposição de carbono. A gravação de tungstênio com gás à base de cloro pode obter gravação anisotrópica e alta seletividade. Os gases utilizados na gravação a seco do tungstênio são principalmente SF6, Ar e O2, entre os quais o SF6 pode ser decomposto no plasma para fornecer átomos de flúor e o tungstênio para reação química para produzir flúor.
• Gravura com nitreto de titânio: O nitreto de titânio, como material de máscara dura, substitui a tradicional máscara de nitreto ou óxido de silício no processo duplo damasceno. A gravação com nitreto de titânio é usada principalmente no processo de abertura da máscara dura, e o principal produto da reação é o TiCl4. A seletividade entre a máscara tradicional e a camada dielétrica de baixo k não é alta, o que levará ao aparecimento do perfil em forma de arco no topo da camada dielétrica de baixo k e à expansão da largura da ranhura após a gravação. O espaçamento entre as linhas de metal depositadas é muito pequeno, o que pode causar vazamentos ou quebra direta.
2. Gravura do isolador
O objeto da gravação de isoladores geralmente são materiais dielétricos, como dióxido de silício ou nitreto de silício, que são amplamente utilizados para formar orifícios de contato e orifícios de canal para conectar diferentes camadas de circuito. A gravação dielétrica geralmente usa um gravador baseado no princípio da gravação por plasma capacitivamente acoplado.
• Gravação por plasma de filme de dióxido de silício: O filme de dióxido de silício geralmente é gravado usando gases de ataque contendo flúor, como CF4, CHF3, C2F6, SF6 e C3F8. O carbono contido no gás de gravação pode reagir com o oxigênio na camada de óxido para produzir subprodutos CO e CO2, removendo assim o oxigênio na camada de óxido. CF4 é o gás de gravação mais comumente usado. Quando o CF4 colide com elétrons de alta energia, vários íons, radicais, átomos e radicais livres são produzidos. Os radicais livres de flúor podem reagir quimicamente com SiO2 e Si para produzir tetrafluoreto de silício volátil (SiF4).
• Gravação de plasma de filme de nitreto de silício: O filme de nitreto de silício pode ser gravado usando gravação de plasma com CF4 ou gás misto CF4 (com O2, SF6 e NF3). Para filme Si3N4, quando plasma CF4-O2 ou outro plasma gasoso contendo átomos de F é usado para gravação, a taxa de gravação do nitreto de silício pode atingir 1200Å/min, e a seletividade de gravação pode ser tão alta quanto 20:1. O principal produto é o tetrafluoreto de silício volátil (SiF4) de fácil extração.
4. Gravura de silício de cristal único
A gravação de silício de cristal único é usada principalmente para formar isolamento de trincheira rasa (STI). Este processo geralmente inclui um processo inovador e um processo de gravação principal. O processo inovador usa gás SiF4 e NF para remover a camada de óxido na superfície do silício monocristalino por meio de forte bombardeio de íons e da ação química de elementos de flúor; o ataque principal usa brometo de hidrogênio (HBr) como agente de ataque principal. Os radicais bromo decompostos pelo HBr no ambiente do plasma reagem com o silício para formar tetrabrometo de silício volátil (SiBr4), removendo assim o silício. A gravação de silício de cristal único geralmente usa uma máquina de gravação de plasma indutivamente acoplada.
5. Gravura em Polissilício
A gravação em polissilício é um dos principais processos que determina o tamanho da porta dos transistores, e o tamanho da porta afeta diretamente o desempenho dos circuitos integrados. A gravação em polissilício requer uma boa taxa de seletividade. Gases halogênios como o cloro (Cl2) são geralmente usados para obter ataque anisotrópico e possuem uma boa relação de seletividade (até 10:1). Gases à base de bromo, como o brometo de hidrogênio (HBr), podem obter uma relação de seletividade mais elevada (até 100:1). Uma mistura de HBr com cloro e oxigênio pode aumentar a taxa de ataque. Os produtos da reação do gás halogênio e do silício são depositados nas paredes laterais para desempenhar um papel protetor. A gravação em polissilício geralmente usa uma máquina de gravação a plasma indutivamente acoplada.
Quer se trate de gravação com plasma acoplado capacitivamente ou gravação com plasma indutivamente acoplado, cada um tem suas próprias vantagens e características técnicas exclusivas. A escolha de uma tecnologia de gravação adequada pode não apenas melhorar a eficiência da produção, mas também garantir o rendimento do produto final.
Horário da postagem: 12 de novembro de 2024