En el proceso de fabricación de semiconductores,aguafuerteLa tecnología es un proceso crítico que se utiliza para eliminar con precisión materiales no deseados en el sustrato para formar patrones de circuitos complejos. Este artículo presentará en detalle dos tecnologías de grabado convencionales: grabado con plasma acoplado capacitivamente (CCP) y grabado con plasma acoplado inductivamente (PIC), y explorar sus aplicaciones en el grabado de diferentes materiales.
Grabado con plasma acoplado capacitivamente (CCP)
El grabado con plasma acoplado capacitivamente (CCP) se logra aplicando un voltaje de RF a dos electrodos de placa paralelos a través de un comparador y un capacitor de bloqueo de CC. Los dos electrodos y el plasma forman juntos un condensador equivalente. En este proceso, el voltaje de RF forma una vaina capacitiva cerca del electrodo y el límite de la vaina cambia con la rápida oscilación del voltaje. Cuando los electrones alcanzan esta envoltura que cambia rápidamente, se reflejan y ganan energía, lo que a su vez desencadena la disociación o ionización de las moléculas de gas para formar plasma. El grabado CCP generalmente se aplica a materiales con mayor energía de enlace químico, como los dieléctricos, pero debido a su menor tasa de grabado, es adecuado para aplicaciones que requieren un control fino.
Grabado con plasma acoplado inductivamente (ICP)
Plasma acoplado inductivamenteaguafuerte(ICP) se basa en el principio de que una corriente alterna pasa a través de una bobina para generar un campo magnético inducido. Bajo la acción de este campo magnético, los electrones en la cámara de reacción se aceleran y continúan acelerándose en el campo eléctrico inducido, colisionando finalmente con las moléculas del gas de reacción, lo que hace que las moléculas se disocian o ionicen y formen plasma. Este método puede producir una alta tasa de ionización y permitir que la densidad del plasma y la energía de bombardeo se ajusten de forma independiente, lo que hace queGrabado ICPmuy adecuado para grabar materiales con baja energía de enlace químico, como silicio y metal. Además, la tecnología ICP también proporciona una mejor uniformidad y tasa de grabado.
1. Grabado de metales
El grabado de metales se utiliza principalmente para el procesamiento de interconexiones y cableado metálico multicapa. Sus requisitos incluyen: alta tasa de grabado, alta selectividad (mayor de 4:1 para la capa de máscara y mayor de 20:1 para el dieléctrico de la capa intermedia), alta uniformidad de grabado, buen control de dimensiones críticas, sin daño por plasma, menos contaminantes residuales y sin corrosión al metal. El grabado de metales suele utilizar equipos de grabado por plasma acoplados inductivamente.
•Grabado de aluminio: el aluminio es el material de alambre más importante en las etapas intermedia y posterior de la fabricación de chips, con las ventajas de baja resistencia, fácil deposición y grabado. El grabado de aluminio suele utilizar plasma generado por gas cloruro (como Cl2). El aluminio reacciona con el cloro para producir cloruro de aluminio volátil (AlCl3). Además, se pueden agregar otros haluros como SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, etc. para eliminar la capa de óxido en la superficie del aluminio y garantizar el grabado normal.
• Grabado de tungsteno: En las estructuras de interconexión de cables metálicos multicapa, el tungsteno es el metal principal utilizado para la interconexión de la sección media del chip. Se pueden utilizar gases a base de flúor o de cloro para grabar el tungsteno metálico, pero los gases a base de flúor tienen poca selectividad para el óxido de silicio, mientras que los gases a base de cloro (como el CCl4) tienen mejor selectividad. Generalmente se añade nitrógeno al gas de reacción para obtener una alta selectividad del pegamento de grabado, y se añade oxígeno para reducir la deposición de carbono. El grabado de tungsteno con gas a base de cloro puede lograr un grabado anisotrópico y una alta selectividad. Los gases utilizados en el grabado seco de tungsteno son principalmente SF6, Ar y O2, entre los cuales el SF6 se puede descomponer en plasma para proporcionar átomos de flúor y tungsteno para la reacción química que produce fluoruro.
• Grabado con nitruro de titanio: El nitruro de titanio, como material de máscara dura, reemplaza a la tradicional máscara de nitruro u óxido de silicio en el proceso damasquinado dual. El grabado con nitruro de titanio se utiliza principalmente en el proceso de apertura de la máscara dura y el principal producto de reacción es el TiCl4. La selectividad entre la máscara tradicional y la capa dieléctrica de baja k no es alta, lo que conducirá a la aparición del perfil en forma de arco en la parte superior de la capa dieléctrica de baja k y la expansión del ancho de la ranura después del grabado. El espacio entre las líneas de metal depositadas es demasiado pequeño, lo que tiende a provocar fugas o roturas directas.
2. Grabado de aisladores
El objeto del grabado de aisladores suele ser materiales dieléctricos como dióxido de silicio o nitruro de silicio, que se utilizan ampliamente para formar orificios de contacto y orificios de canal para conectar diferentes capas de circuitos. El grabado dieléctrico suele utilizar un grabador basado en el principio del grabado por plasma acoplado capacitivamente.
• Grabado con plasma de películas de dióxido de silicio: las películas de dióxido de silicio generalmente se graban utilizando gases de grabado que contienen flúor, como CF4, CHF3, C2F6, SF6 y C3F8. El carbono contenido en el gas de grabado puede reaccionar con el oxígeno de la capa de óxido para producir subproductos CO y CO2, eliminando así el oxígeno de la capa de óxido. El CF4 es el gas de grabado más utilizado. Cuando el CF4 choca con electrones de alta energía, se producen diversos iones, radicales, átomos y radicales libres. Los radicales libres de flúor pueden reaccionar químicamente con SiO2 y Si para producir tetrafluoruro de silicio volátil (SiF4).
• Grabado con plasma de película de nitruro de silicio: La película de nitruro de silicio se puede grabar mediante grabado con plasma con CF4 o gas mixto CF4 (con O2, SF6 y NF3). Para películas de Si3N4, cuando se utiliza para el grabado plasma CF4-O2 u otro plasma gaseoso que contenga átomos de F, la velocidad de grabado del nitruro de silicio puede alcanzar 1200 Å/min y la selectividad del grabado puede ser tan alta como 20:1. El producto principal es el tetrafluoruro de silicio volátil (SiF4), que es fácil de extraer.
4. Grabado de silicio monocristalino
El grabado de silicio monocristalino se utiliza principalmente para formar aislamiento de zanjas poco profundas (STI). Este proceso suele incluir un proceso de avance y un proceso de grabado principal. El innovador proceso utiliza SiF4 y gas NF para eliminar la capa de óxido en la superficie del silicio monocristalino mediante un fuerte bombardeo de iones y la acción química de elementos de flúor; el grabado principal utiliza bromuro de hidrógeno (HBr) como agente de ataque principal. Los radicales de bromo descompuestos por HBr en el ambiente del plasma reaccionan con el silicio para formar tetrabromuro de silicio volátil (SiBr4), eliminando así el silicio. El grabado de silicio monocristalino suele utilizar una máquina de grabado por plasma acoplada inductivamente.
5. Grabado de polisilicio
El grabado de polisilicio es uno de los procesos clave que determina el tamaño de la puerta de los transistores, y el tamaño de la puerta afecta directamente el rendimiento de los circuitos integrados. El grabado de polisilicio requiere una buena relación de selectividad. Generalmente se utilizan gases halógenos como el cloro (Cl2) para lograr un grabado anisotrópico y tienen una buena relación de selectividad (hasta 10:1). Los gases a base de bromo, como el bromuro de hidrógeno (HBr), pueden obtener una relación de selectividad más alta (hasta 100:1). Una mezcla de HBr con cloro y oxígeno puede aumentar la velocidad de grabado. Los productos de reacción del gas halógeno y el silicio se depositan en las paredes laterales para desempeñar un papel protector. El grabado de polisilicio suele utilizar una máquina de grabado por plasma acoplada inductivamente.
Ya sea grabado con plasma acoplado capacitivamente o grabado con plasma acoplado inductivamente, cada uno tiene sus propias ventajas y características técnicas únicas. Elegir una tecnología de grabado adecuada no sólo puede mejorar la eficiencia de la producción, sino también garantizar el rendimiento del producto final.
Hora de publicación: 12 de noviembre de 2024