对于初学者来讲,进入集成电路制造行业首先要厘清相关的专业术语和基本概念。笔者近期从事集成电路晶圆的刻蚀气体的电子材料开发工作,购买了张汝京博士2016年著的《纳米集成电路制造工艺》书籍学习,特摘录整理如下,供同行初学者分享。 1、什么是刻蚀 刻蚀是当今世上最大的制造业---超大规模集成电路(ULSI)制造中影响重大且至关重要的技术之一。 在集成电路(IC)制造中,刻蚀是一种在暴露的硅衬底或晶圆表面未保护的薄膜上去除材料的工艺。 2、干法刻蚀和湿法刻蚀的区别 主要从三个方面来看待: a)时间顺序。20世纪60年代至70年代,湿法刻蚀;20世纪70年代早期开始,以CF4/O2为刻蚀剂的干法刻蚀广泛应用。 b)成本区别。湿法刻蚀是低成本集成电路制造的关键技术,相对干法刻蚀成本更高。 c)工艺区别。湿法刻蚀特有的各向同性刻蚀的性质,严重地阻碍了其在高密度IC制造中的应用。而干法刻蚀具有的各向异性刻蚀特性,成为能够满足器件尺寸持续缩小的不可替代的制造技术。 3、干法刻蚀是如何实现的 首先需要把刻蚀气体变成等离子态,通过等离子活性粒子和待刻蚀的材料表面发生化学或物理反应,产生易挥发的副产物,从而实现刻蚀的过程。 其次是如何产生等离子体呢?1974年,第一次提出RIE(平行板反应离子刻蚀)概念,1991~1995年,引入ICP(电感耦合等离子)概念,2000~2016年,CCP/RIE(电容耦合等离子体)和HDP(高密度等离子)是IC制造业的支柱。所有这些发展趋势都遵循着器件尺寸持续缩小的制造需求。 4、干法刻蚀的设备制造主流厂商 泛林半导体(Lam research,LAM),东京电子(Tokyo Elertror ,TEL)和应用材料(Applied Materials,AMAT)。 5、电子刻蚀特气的两个应用案例 笔者在电子材料开发过程中调研的一点经验分享。截止到2021年,国内两种刻蚀气体:三氟化氮(NF3)和三氯化硼(BCL3)都有公司在开发,但应用于集成电路行业的材料品质还不达标。 其中,NF3目前主要是当中杂质CF4的控制,国内的气体质量主要是表现为CF4的杂质含量不稳定且含量高于5ppm,在NF3中含有C元素时,会产生聚合物工艺导致的不均匀的刻蚀速率,从而影响到电介质沟槽顶部和孔底部的形状。 而BCL3主要应用于集成电路的铝刻蚀中,BCL3是一个大分子,不仅能够增加等离子物理轰击,也是聚合物形成的来源之一,较低的偏置功率和BCL3流速是平衡聚合物在铝线和铝垫上沉积的有效方法。BCL3中的四氯化硅、光气等杂质会对沉积过程中的C、O及其他金属杂质带来不良的影响,目前国内的气体制造厂商对此杂质的监控检测和性能研究方面还非常缺乏。
来源:知乎
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