ما هو النقش على حصيرة الألومنيوم؟

لقد تم استخدام سبائك الألومنيوم والألمنيوم، كمواد توصيل للرقائق، على نطاق واسع في تصنيع التوصيل البيني النحاسي كعملية خلفية منطقية. عادة ما تكون لوحة الألومنيوم أكثر سمكًا، أعلى من 1 ميكرومتر، أو حتى ما يصل إلى 6 ميكرومتر، ويكون سمك مقاوم الضوء في الطبقة العليا عمومًا 1 ~ 1.5 مرة من سمك الألومنيوم، والحجم أكبر، والنقش بسيط نسبيًا. تشتمل بنية الطلاء قبل- وبعد-الحفر للوحة الألومنيوم على مقاومة الضوء، وطبقة الألومنيوم، والمواد الأساسية، والتي تتضمن إزالة طبقة الألومنيوم وإنشاء النموذج المطلوب.

خطوات عملية النقش والمعلمات

عادةً ما يتم إجراء نقش لوحة الألومنيوم داخل غرفة LAM-2300-Versys-Metal، وتشمل غازات النقش القياسية BCl₃ وغاز البوليمر CH₄. تنقسم عملية النقش بشكل أساسي إلى النقش الرئيسي (ME) والنقش الزائد (OE)، ويتم التحكم في وقت خطوة النقش الرئيسية من خلال الوضع النهائي للكشف عن إشارة الألومنيوم. يُستخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لمراقبة شكل خطوط الألومنيوم والجدران الجانبية لألواح الألومنيوم.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تقسيم نقش لوحة الألومنيوم إلى خطوة فتح القناع الصلب (BT)، وخطوة النقش الرئيسية (ME)، و-الخطوة الأولى للحفر (OE1)، والخطوة الثانية للحفر الزائد (OE2). يتم زيادة طاقة المصدر، وإجمالي تدفق الغاز وضغط العملية في كل خطوة. تستخدم خطوة BT قوة انحياز كبيرة ونسبة أعلى من BCl₃ لقصف طبقة الأكسيد الطبيعي (Al₂O₃) على سطح الألومنيوم المحفور. تعمل خطوة ME بشكل أساسي على زيادة معدل الحفر عن طريق زيادة ضغط العملية وإجمالي معدل تدفق الغاز ومصدر الطاقة. يتم استخدام خطوة OE1 لحفر الألومنيوم المتبقي وطبقة TiN السفلية الخاصة به؛ في خطوة OE2، تتم زيادة قدرة الانحياز ونسبة تدفق BCl₃ لقصف الطبقة السفلية من أكسيد السيليكون.

التحديات وتأثيرات التحميل في النقش

في عملية تطوير تقنية منطق العقدة 65 نانومتر/90 نانومتر، يشكل الاختلاف في كثافة النمط تحديًا لعملية النقش، خاصة من أحمال الحفر الكلية والجزئية. يرتبط التحميل العياني بنوافذ تآكل النفاذية المختلفة (TR) لمقاوم الضوء في ما بعد - نقش لوحة الألومنيوم، بينما يرتبط التحميل المجهري بالحمل المورفولوجي بين سلك الألومنيوم (كثيف) ولوحة الألومنيوم (متناثر). تؤدي النفاذية المنخفضة إلى إنشاء المزيد من البوليمر في النقش، مما يحمي الجدار الجانبي من الألومنيوم ولكنه يؤدي إلى تفاقم تأثيرات التحميل الصغير، مما يؤدي إلى مقاومة اتصال غير متناسقة.

تعتمد النفاذية بشكل خطي قوي على وقت نهاية النقش، وكلما زادت النفاذية، زاد وقت نهاية النقش، وأصبح عيب التآكل أكثر خطورة. لا توجد عيوب تآكل عندما تكون النفاذية أقل من 70%، بينما يجب تحسين معدل تدفق CH₄ للتعويض عن نقص البوليمر في حالة النفاذية العالية.

 

تحسين العملية واختيار الغاز

لتحقيق التوازن بين تأثيرات الحمل الكلي والجزئي، يجب تحسين الجمع بين النفاذية ومعدل تدفق CH₄. زيادة معدل تدفق CH₄ يعوض البوليمر المفقود عند النفاذية العالية، لكن معدل التدفق المرتفع جدًا يمكن أن يؤدي إلى وجود كمية كبيرة جدًا من بوليمر الجدار الجانبي، مما يؤدي إلى امتصاص الكلوريد وامتصاص الرطوبة، مما يسبب عيوب التآكل. تظهر التجارب أن معدل تدفق CH₄ T كافٍ للنفاذية الأقل من 70%. بالنسبة لحالة النفاذية بنسبة 96.2%، تم تحسين معدل تدفق CH₄ إلى 2.5T.

في تأثير التحميل الصغير- لسلك الألومنيوم ووسادة الألومنيوم، يوجد المزيد من البوليمرات في منطقة سلك الألومنيوم، وتكون الجدران الجانبية أكثر استدقاقًا. الجدران الجانبية لمنصات الألمنيوم عرضة للتآكل بسبب نقص حماية البوليمر. من خلال ضبط قوة التحيز ونسبة غاز BCl₃، يمكن تحسين ظروف ترسيب البوليمر، مما يؤدي إلى جدران جانبية من أسلاك الألمنيوم أكثر انحدارًا واستقامة وتقليل البقايا.

أظهرت المقارنة بين غازات التدريع المختلفة أن الجدران الجانبية كانت خشنة ومعيبة وسهلة التآكل عند استخدام N₂ وCHF₃. عند استخدام CH₄، يكون شكل التآكل أفضل، وهناك عدد أقل من العيوب والتآكل.

المشاكل والحلول المشتركة

تشمل المشكلات الشائعة في نقش وسادة الألومنيوم الجدران الجانبية المصنوعة من الألومنيوم الخشن والتشكل العشبي غير الطبيعي في الجزء السفلي بعد النقش. ترجع خشونة الجدار الجانبي بشكل أساسي إلى الإزالة غير النظيفة لبوليمر الجدار الجانبي أو تراكم البوليمر غير المتساوي أثناء عملية الحفر، والتي يمكن حلها عن طريق ضبط بيئة توليد بوليمر الجدار الجانبي أو تقليل البوليمر، مثل إضافة He للتخفيف أثناء عملية الحفر، أو زيادة معدل تدفق Cl₂. يرجع السبب في التشكل الشبيه بالعشب في الجزء السفلي في الغالب إلى عدم حفر طبقة الألومينا العلوية بشكل نظيف، وهو ما يلعب دورًا في حماية القناع في عملية حفر الألومنيوم، ويكون الحل عمومًا هو زيادة كثافة ووقت حفر خطوة BT لحفر طبقة الأكسيد الطبيعي على السطح بشكل كامل.

تتطلب تقنية حفر وسادة الألومنيوم تنظيمًا شاملاً للنفاذية ومعدل تدفق الغاز ومعلمات الطاقة وتوقيت الخطوات للتعامل مع تحديات الحمل الناتجة عن التغيرات في كثافة النمط، مما يضمن حماية الجدار الجانبي وجودة الحفر. ومن خلال تحسين ظروف العملية واختيار الغاز، يمكن تقليل العيوب بشكل فعال وتحسين موثوقية واتساق تصنيع الرقائق.