Չիպերի Արտադրություն. փորագրման սարքավորում և գործընթաց

Կիսահաղորդիչների արտադրության գործընթացում,փորագրությունտեխնոլոգիան կրիտիկական գործընթաց է, որն օգտագործվում է ենթաշերտի վրա անցանկալի նյութերը ճշգրիտ հեռացնելու համար՝ բարդ սխեմաների ձևավորման համար: Այս հոդվածում մանրամասնորեն կներկայացվեն երկու հիմնական օֆորտային տեխնոլոգիաներ՝ հզորությամբ զուգակցված պլազմայի փորագրում (CCP) և ինդուկտիվ զուգակցված պլազմայի փորագրում (ICP), և ուսումնասիրել դրանց կիրառությունները տարբեր նյութերի փորագրման մեջ:

Կապակցված պլազմային փորագրում (CCP)

Կապակցված պլազմային փորագրումը (CCP) իրականացվում է երկու զուգահեռ թիթեղային էլեկտրոդների վրա ռադիոհաճախականության լարման կիրառմամբ համընկնիչի և հաստատուն հոսանքի արգելափակման կոնդենսատորի միջոցով: Երկու էլեկտրոդները և պլազման միասին կազմում են համարժեք կոնդենսատոր: Այս գործընթացում ՌԴ լարումը էլեկտրոդի մոտ ձևավորում է կոնդենսիվ թաղանթ, իսկ թաղանթի սահմանը փոխվում է լարման արագ տատանումներով։ Երբ էլեկտրոնները հասնում են այս արագ փոփոխվող թաղանթին, դրանք արտացոլվում են և ստանում էներգիա, որն իր հերթին առաջացնում է գազի մոլեկուլների տարանջատումը կամ իոնացումը՝ պլազմայի ձևավորման համար: CCP փորագրումը սովորաբար կիրառվում է ավելի բարձր քիմիական կապի էներգիա ունեցող նյութերի վրա, ինչպիսիք են դիէլեկտրիկները, սակայն փորագրման ավելի ցածր արագության պատճառով այն հարմար է նուրբ հսկողություն պահանջող ծրագրերի համար:

Ինդուկտիվ զուգակցված պլազմայի փորագրում (ICP)

Ինդուկտիվ զուգակցված պլազմափորագրություն(ICP) հիմնված է այն սկզբունքի վրա, որ փոփոխական հոսանքն անցնում է կծիկի միջով՝ առաջացնելով ինդուկտիվ մագնիսական դաշտ: Այս մագնիսական դաշտի ազդեցությամբ ռեակցիայի պալատի էլեկտրոնները արագանում են և շարունակում են արագանալ առաջացած էլեկտրական դաշտում՝ ի վերջո բախվելով ռեակցիայի գազի մոլեկուլներին, ինչի հետևանքով մոլեկուլները տարանջատվել կամ իոնացվել են և ձևավորել պլազմա։ Այս մեթոդը կարող է առաջացնել իոնացման բարձր արագություն և թույլ տալ, որ պլազմայի խտությունը և ռմբակոծման էներգիան ինքնուրույն կարգավորվեն, ինչը ստիպում է.ICP փորագրումշատ հարմար է ցածր քիմիական կապի էներգիայով նյութեր փորագրելու համար, ինչպիսիք են սիլիցիումը և մետաղը: Բացի այդ, ICP տեխնոլոգիան ապահովում է նաև ավելի լավ միատեսակություն և փորագրման արագություն:

1. Մետաղական փորագրություն

Մետաղական փորագրումը հիմնականում օգտագործվում է փոխկապակցման և բազմաշերտ մետաղական լարերի մշակման համար։ Դրա պահանջները ներառում են. մետաղի կոռոզիայից չկա: Մետաղների փորագրումը սովորաբար օգտագործում է ինդուկտիվ զուգակցված պլազմային փորագրման սարքավորում:

•Ալյումինե փորագրում. Ալյումինը մետաղալարերի ամենակարևոր նյութն է չիպերի արտադրության միջին և հետևի փուլերում՝ ցածր դիմադրության, հեշտ նստվածքի և փորագրման առավելություններով: Ալյումինի փորագրման համար սովորաբար օգտագործվում է քլորիդ գազից առաջացած պլազմա (օրինակ՝ Cl2): Ալյումինը փոխազդում է քլորի հետ՝ առաջացնելով ցնդող ալյումինի քլորիդ (AlCl3): Բացի այդ, այլ հալոգենիդներ, ինչպիսիք են SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 և այլն, կարող են ավելացվել ալյումինե մակերեսի վրա օքսիդի շերտը հեռացնելու համար՝ ապահովելու նորմալ փորագրումը:

• Վոլֆրամի փորագրում. բազմաշերտ մետաղալարերի փոխկապակցման կառույցներում վոլֆրամը հիմնական մետաղն է, որն օգտագործվում է չիպի միջին հատվածի փոխկապակցման համար: Ֆտորի վրա հիմնված կամ քլորի վրա հիմնված գազերը կարող են օգտագործվել մետաղական վոլֆրամ փորագրելու համար, սակայն ֆտորի վրա հիմնված գազերը վատ ընտրողականություն ունեն սիլիցիումի օքսիդի նկատմամբ, մինչդեռ քլորի վրա հիմնված գազերը (օրինակ՝ CCl4) ունեն ավելի լավ ընտրողականություն: Սովորաբար ազոտը ավելացվում է ռեակցիայի գազին՝ սոսինձի բարձր փորագրման ընտրողականություն ստանալու համար, իսկ թթվածինը ավելացվում է ածխածնի նստվածքը նվազեցնելու համար։ Վոլֆրամի փորագրումը քլորի վրա հիմնված գազով կարող է հասնել անիզոտրոպ փորագրման և բարձր ընտրողականության: Վոլֆրամի չոր փորագրման համար օգտագործվող գազերը հիմնականում SF6, Ar և O2 են, որոնցից SF6-ը կարող է քայքայվել պլազմայում՝ ապահովելով ֆտորի ատոմներ և վոլֆրամ՝ քիմիական ռեակցիայի համար՝ ֆտորիդ արտադրելու համար:

• Տիտանի նիտրիդային փորագրում. տիտանի նիտրիդը, որպես դիմակի կոշտ նյութ, փոխարինում է ավանդական սիլիցիումի նիտրիդով կամ օքսիդով դիմակին երկակի դամասկենային գործընթացում: Տիտանի նիտրիդային փորագրումը հիմնականում օգտագործվում է կոշտ դիմակի բացման գործընթացում, և ռեակցիայի հիմնական արտադրանքը TiCl4-ն է: Ավանդական դիմակի և ցածր k-ի դիէլեկտրական շերտի միջև ընտրողականությունը բարձր չէ, ինչը կհանգեցնի ցածր k-ի դիէլեկտրական շերտի վերին մասում կամարաձև պրոֆիլի տեսքին և փորագրումից հետո ակոսի լայնության ընդլայնմանը: Տեղադրված մետաղական գծերի միջև հեռավորությունը չափազանց փոքր է, ինչը հակված է կամրջի արտահոսքի կամ ուղղակի խզման:

2. Մեկուսիչի փորագրում

Մեկուսիչի փորագրման առարկան սովորաբար դիէլեկտրիկ նյութերն են, ինչպիսիք են սիլիցիումի երկօքսիդը կամ սիլիցիումի նիտրիդը, որոնք լայնորեն օգտագործվում են շփման անցքեր և ալիքային անցքեր ձևավորելու համար՝ միացման տարբեր շերտերը միացնելու համար: Դիէլեկտրիկ փորագրումը սովորաբար օգտագործում է փորագրիչ՝ հիմնված պլազմային կապակցված հզորությամբ փորագրման սկզբունքի վրա:

• Սիլիցիումի երկօքսիդի թաղանթի պլազմային փորագրում. սիլիցիումի երկօքսիդի թաղանթը սովորաբար փորագրվում է ֆտոր պարունակող փորագրող գազերի միջոցով, ինչպիսիք են CF4, CHF3, C2F6, SF6 և C3F8: Փորագրող գազում պարունակվող ածխածինը կարող է արձագանքել օքսիդային շերտի թթվածնի հետ՝ արտադրելով CO և CO2 ենթամթերքներ, այդպիսով հեռացնելով թթվածինը օքսիդի շերտում: CF4-ը առավել հաճախ օգտագործվող փորագրող գազն է: Երբ CF4-ը բախվում է բարձր էներգիայի էլեկտրոնների հետ, առաջանում են տարբեր իոններ, ռադիկալներ, ատոմներ և ազատ ռադիկալներ։ Ֆտորի ազատ ռադիկալները կարող են քիմիապես արձագանքել SiO2-ի և Si-ի հետ՝ առաջացնելով ցնդող սիլիցիումի տետրաֆտորիդ (SiF4):

• Սիլիցիումի նիտրիդային թաղանթի պլազմային փորագրում. սիլիցիումի նիտրիդային թաղանթը կարելի է փորագրել պլազմայի փորագրման միջոցով CF4 կամ CF4 խառը գազով (O2, SF6 և NF3): Si3N4 թաղանթի համար, երբ փորագրման համար օգտագործվում է CF4-O2 պլազմա կամ F ատոմներ պարունակող այլ գազային պլազմա, սիլիցիումի նիտրիդի փորագրման արագությունը կարող է հասնել 1200 Ա/րոպե, իսկ փորագրման ընտրողականությունը կարող է հասնել մինչև 20:1: Հիմնական արտադրանքը ցնդող սիլիցիումի տետրաֆտորիդն է (SiF4), որը հեշտ է արդյունահանվել:

4. Մեկ բյուրեղյա սիլիկոնային փորագրություն

Մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի փորագրումը հիմնականում օգտագործվում է մակերեսային խրամուղիների մեկուսացում (STI) ձևավորելու համար: Այս գործընթացը սովորաբար ներառում է բեկումնային գործընթաց և հիմնական փորագրման գործընթաց: Բեկումնային գործընթացն օգտագործում է SiF4 և NF գազ՝ մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի մակերևույթի օքսիդ շերտը հեռացնելու համար՝ ուժեղ իոնային ռմբակոծման և ֆտորային տարրերի քիմիական գործողության միջոցով. հիմնական օֆորտում որպես հիմնական փորագրիչ օգտագործվում է ջրածնի բրոմիդը (HBr): Պլազմային միջավայրում HBr-ով քայքայված բրոմի ռադիկալները փոխազդում են սիլիցիումի հետ՝ ձևավորելով ցնդող սիլիցիումի տետրաբրոմիդ (SiBr4), դրանով իսկ հեռացնելով սիլիցիումը: Մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի փորագրման համար սովորաբար օգտագործվում է ինդուկտիվ զուգակցված պլազմային փորագրման մեքենա:

5. Պոլիսիլիկոնային փորագրում

Պոլիսիլիկոնային փորագրումը հիմնական գործընթացներից մեկն է, որը որոշում է տրանզիստորների դարպասի չափը, և դարպասի չափն ուղղակիորեն ազդում է ինտեգրալային սխեմաների աշխատանքի վրա: Պոլիսիլիկոնային փորագրումը պահանջում է ընտրողականության լավ հարաբերակցություն: Հալոգեն գազերը, ինչպիսիք են քլորը (Cl2), սովորաբար օգտագործվում են անիզոտրոպ փորագրման հասնելու համար և ունեն ընտրողականության լավ հարաբերակցություն (մինչև 10:1): Բրոմի վրա հիմնված գազերը, ինչպիսիք են ջրածնի բրոմիդը (HBr), կարող են ստանալ ընտրողականության ավելի բարձր հարաբերակցություն (մինչև 100:1): HBr-ի խառնուրդը քլորի և թթվածնի հետ կարող է մեծացնել փորագրման արագությունը: Հալոգեն գազի և սիլիցիումի ռեակցիայի արտադրանքները պահվում են կողային պատերի վրա՝ պաշտպանիչ դեր խաղալու համար: Պոլիսիլիկոնային փորագրման համար սովորաբար օգտագործվում է ինդուկտիվ զուգակցված պլազմային փորագրման մեքենա:

Անկախ նրանից, թե դա կարող է զուգակցված պլազմայի փորագրում, թե ինդուկտիվ զուգակցված պլազմայի փորագրում, յուրաքանչյուրն ունի իր յուրահատուկ առավելություններն ու տեխնիկական բնութագրերը: Փորագրման հարմար տեխնոլոգիա ընտրելը ոչ միայն կարող է բարելավել արտադրության արդյունավետությունը, այլև ապահովել վերջնական արտադրանքի բերքատվությունը: