Dans le processus de fabrication des semi-conducteurs,gravureLa technologie est un processus critique utilisé pour éliminer avec précision les matériaux indésirables sur le substrat afin de former des modèles de circuits complexes. Cet article présentera en détail deux technologies de gravure traditionnelles : la gravure au plasma à couplage capacitif (CCP) et la gravure au plasma à couplage inductif (PCI), et explorez leurs applications dans la gravure de différents matériaux.
Gravure plasma à couplage capacitif (CCP)
La gravure au plasma à couplage capacitif (CCP) est obtenue en appliquant une tension RF à deux électrodes à plaques parallèles via un dispositif d'adaptation et un condensateur de blocage CC. Les deux électrodes et le plasma forment ensemble un condensateur équivalent. Dans ce processus, la tension RF forme une gaine capacitive à proximité de l’électrode et la limite de la gaine change avec l’oscillation rapide de la tension. Lorsque les électrons atteignent cette gaine en évolution rapide, ils sont réfléchis et gagnent de l’énergie, ce qui déclenche la dissociation ou l’ionisation des molécules de gaz pour former le plasma. La gravure CCP est généralement appliquée à des matériaux ayant une énergie de liaison chimique plus élevée, tels que les diélectriques, mais en raison de son taux de gravure plus faible, elle convient aux applications nécessitant un contrôle fin.
Gravure au plasma à couplage inductif (ICP)
Plasma à couplage inductifgravure(ICP) repose sur le principe selon lequel un courant alternatif traverse une bobine pour générer un champ magnétique induit. Sous l'action de ce champ magnétique, les électrons dans la chambre de réaction sont accélérés et continuent d'accélérer dans le champ électrique induit, pour finalement entrer en collision avec les molécules du gaz de réaction, provoquant la dissociation ou l'ionisation des molécules et la formation d'un plasma. Cette méthode peut produire un taux d'ionisation élevé et permettre d'ajuster indépendamment la densité du plasma et l'énergie de bombardement, ce qui rendGravure ICPtrès approprié pour graver des matériaux à faible énergie de liaison chimique, tels que le silicium et le métal. De plus, la technologie ICP offre également une meilleure uniformité et un meilleur taux de gravure.
1. Gravure sur métal
La gravure métallique est principalement utilisée pour le traitement des interconnexions et des câbles métalliques multicouches. Ses exigences incluent : un taux de gravure élevé, une sélectivité élevée (supérieure à 4 : 1 pour la couche de masque et supérieure à 20 : 1 pour le diélectrique intercouche), une uniformité de gravure élevée, un bon contrôle des dimensions critiques, aucun dommage du plasma, moins de contaminants résiduels et pas de corrosion du métal. La gravure des métaux utilise généralement un équipement de gravure au plasma à couplage inductif.
•Gravure sur aluminium : L'aluminium est le matériau de fil le plus important dans les étapes intermédiaires et arrière de la fabrication des puces, avec les avantages d'une faible résistance, d'un dépôt et d'une gravure faciles. La gravure sur aluminium utilise généralement du plasma généré par du chlorure gazeux (tel que le Cl2). L'aluminium réagit avec le chlore pour produire du chlorure d'aluminium volatil (AlCl3). De plus, d'autres halogénures tels que SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, etc. peuvent être ajoutés pour éliminer la couche d'oxyde sur la surface de l'aluminium afin d'assurer une gravure normale.
• Gravure du tungstène : dans les structures d'interconnexion de fils métalliques multicouches, le tungstène est le principal métal utilisé pour l'interconnexion de la section médiane de la puce. Des gaz à base de fluor ou à base de chlore peuvent être utilisés pour graver le tungstène métallique, mais les gaz à base de fluor ont une faible sélectivité pour l'oxyde de silicium, tandis que les gaz à base de chlore (tels que le CCl4) ont une meilleure sélectivité. De l'azote est généralement ajouté au gaz de réaction pour obtenir une sélectivité élevée de colle de gravure, et de l'oxygène est ajouté pour réduire les dépôts de carbone. La gravure du tungstène avec un gaz à base de chlore permet d'obtenir une gravure anisotrope et une sélectivité élevée. Les gaz utilisés dans la gravure sèche du tungstène sont principalement le SF6, l'Ar et l'O2, parmi lesquels le SF6 peut être décomposé dans le plasma pour fournir des atomes de fluor et le tungstène pour une réaction chimique afin de produire du fluorure.
• Gravure au nitrure de titane : Le nitrure de titane, en tant que matériau de masque dur, remplace le masque traditionnel en nitrure de silicium ou en oxyde dans le procédé double damasquinage. La gravure au nitrure de titane est principalement utilisée dans le processus d'ouverture du masque dur, et le principal produit de réaction est le TiCl4. La sélectivité entre le masque traditionnel et la couche diélectrique à faible k n'est pas élevée, ce qui entraînera l'apparition d'un profil en forme d'arc sur le dessus de la couche diélectrique à faible k et l'expansion de la largeur de la rainure après gravure. L'espacement entre les lignes métalliques déposées est trop petit, ce qui risque de provoquer des fuites ou une panne directe.
2. Gravure de l'isolant
L'objet de la gravure d'isolants est généralement des matériaux diélectriques tels que le dioxyde de silicium ou le nitrure de silicium, qui sont largement utilisés pour former des trous de contact et des trous de canal pour connecter différentes couches de circuit. La gravure diélectrique utilise généralement un graveur basé sur le principe de la gravure plasma à couplage capacitif.
• Gravure plasma d'un film de dioxyde de silicium : Le film de dioxyde de silicium est généralement gravé à l'aide de gaz de gravure contenant du fluor, tels que CF4, CHF3, C2F6, SF6 et C3F8. Le carbone contenu dans le gaz de gravure peut réagir avec l'oxygène présent dans la couche d'oxyde pour produire des sous-produits CO et CO2, éliminant ainsi l'oxygène présent dans la couche d'oxyde. Le CF4 est le gaz de gravure le plus couramment utilisé. Lorsque le CF4 entre en collision avec des électrons de haute énergie, divers ions, radicaux, atomes et radicaux libres sont produits. Les radicaux libres fluorés peuvent réagir chimiquement avec SiO2 et Si pour produire du tétrafluorure de silicium volatil (SiF4).
• Gravure plasma d'un film de nitrure de silicium : Le film de nitrure de silicium peut être gravé par gravure plasma avec du CF4 ou un mélange de gaz CF4 (avec O2, SF6 et NF3). Pour le film Si3N4, lorsque du plasma CF4-O2 ou un autre plasma gazeux contenant des atomes F est utilisé pour la gravure, le taux de gravure du nitrure de silicium peut atteindre 1 200 Å/min et la sélectivité de gravure peut atteindre 20 : 1. Le produit principal est le tétrafluorure de silicium volatil (SiF4) facile à extraire.
4. Gravure sur silicium monocristallin
La gravure sur silicium monocristallin est principalement utilisée pour former une isolation par tranchée peu profonde (STI). Ce processus comprend généralement un processus de percée et un processus de gravure principal. Le processus révolutionnaire utilise les gaz SiF4 et NF pour éliminer la couche d'oxyde à la surface du silicium monocristallin grâce à un fort bombardement ionique et à l'action chimique des éléments fluorés ; la gravure principale utilise du bromure d'hydrogène (HBr) comme agent de gravure principal. Les radicaux brome décomposés par HBr dans l'environnement plasma réagissent avec le silicium pour former du tétrabromure de silicium volatil (SiBr4), éliminant ainsi le silicium. La gravure sur silicium monocristallin utilise généralement une machine de gravure à plasma à couplage inductif.
5. Gravure du polysilicium
La gravure du polysilicium est l'un des processus clés qui déterminent la taille de grille des transistors, et la taille de grille affecte directement les performances des circuits intégrés. La gravure du polysilicium nécessite un bon rapport de sélectivité. Les gaz halogènes tels que le chlore (Cl2) sont généralement utilisés pour réaliser une gravure anisotrope et ont un bon rapport de sélectivité (jusqu'à 10 : 1). Les gaz à base de brome tels que le bromure d'hydrogène (HBr) peuvent obtenir un rapport de sélectivité plus élevé (jusqu'à 100 : 1). Un mélange de HBr avec du chlore et de l'oxygène peut augmenter la vitesse de gravure. Les produits de réaction du gaz halogène et du silicium se déposent sur les parois latérales pour jouer un rôle protecteur. La gravure du polysilicium utilise généralement une machine de gravure au plasma à couplage inductif.
Qu’il s’agisse de gravure plasma à couplage capacitif ou de gravure plasma à couplage inductif, chacune a ses propres avantages et caractéristiques techniques. Le choix d'une technologie de gravure appropriée peut non seulement améliorer l'efficacité de la production, mais également garantir le rendement du produit final.
Heure de publication : 12 novembre 2024