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新一代蝕刻氣體——六氟-1,3-丁二烯C4F6

2022-02-24 09:43

新一代干法蝕刻氣體六氟-1,3-丁二烯C4F6，可用于蝕刻二氧化硅和氮化硅此類介質(zhì)材料，作為特種電子氣體從屬于電子工業(yè)體系。當前，電子工業(yè)已經(jīng)成為支撐國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和保障國家戰(zhàn)略安全的核心工業(yè)體系。特種電子氣體是整個電子工業(yè)體系的核心關(guān)鍵原材料之一，在國防軍事、航空航天、新型太陽能電池、電子產(chǎn)品等方面有著極其廣泛的應(yīng)用。

目前高純特種電子氣體的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化已作為我國極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝的核心部分被列入我國國家科技重大專項，與大型飛機、載人航天與探月工程等16 個重大專項一起被列入《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》。

國務(wù)院2016年11月29日頒發(fā)的國發(fā)〔2016〕67號文件“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中指出，要提升核心基礎(chǔ)硬件供給能力。提升關(guān)鍵芯片設(shè)計水平，發(fā)展面向新應(yīng)用的芯片。加快16/14納米工藝產(chǎn)業(yè)化和存儲器生產(chǎn)線建設(shè)。而特種電子氣體的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化已作為我國集成電路制造裝備及成套工藝的核心部分，顯然是受到政策支持的。

在硅片制造廠，一個硅片需要完成450道或更多的工藝步驟，才能得到有各種電路圖案的芯片，此過程包括外延、成膜、摻雜、蝕刻、清洗、封裝等工序。含氟蝕刻劑廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體或LCD前段制程，主要用于干法蝕刻。含氟蝕刻氣體主要包括：CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F6、c-C4F8、C4F6、C5F8等。各蝕刻氣體用途及特點總結(jié)見表1。

氟化物 化學式 材質(zhì) 特點
四氟化碳 CF4 金屬氧化硅 各向異性，應(yīng)用于硬膜開放和其它高寬高比蝕刻工藝
一氟甲烷 CH3F 氧化硅 各向異性，主要用于集成電路中的等離子蝕刻，尤其是HDP（高密度等離子）蝕刻。
二氟甲烷 CH2F2 氧化硅 各向異性，在硅和氧化硅中形成高寬高比
六氟乙烷 C2F6 氧化硅 各向異性，在硅和氧化硅蝕刻中產(chǎn)生理想的高寬比，在蝕刻形成聚合物薄膜（光刻膠）對側(cè)壁起保護作用。
六氟-1,3-丁二烯 C4F6 氧化硅 各向異性，在硅和氧化硅蝕刻中產(chǎn)生理想的高寬比，在蝕刻形成聚合物薄膜（光刻膠）對側(cè)壁起保護作用。
八氟環(huán)戊烯 C5F8 氧化硅 各向異性，在硅和氧化硅蝕刻中產(chǎn)生理想的高寬比，在蝕刻形成聚合物薄膜（光刻膠）對側(cè)壁起保護作用。
八氟環(huán)丁烷 C4F8 氧化硅 各向異性，在蝕刻中形成理想的高寬高比
三氟甲烷 CHF3 金屬氧化硅 各向異性，在蝕刻中形成理想的高寬高比
六氟化硫 SF6 多晶硅 各向異性，在蝕刻中形成理想的高寬高比
三氟化氮 NF3 多晶硅 各向異性，在蝕刻中形成理想的高寬高比

六氟丁二烯（C4F6）和八氟環(huán)戊烯（C5F8）作為新一代蝕刻氣體，被認為具有競爭優(yōu)勢，尤其是C4F6。C4F6用作半導(dǎo)體級含氟氣體的市場需求在全面增長。它可取代CF4，用于KrF激光銳利蝕刻半導(dǎo)體電容器圖形（Patterns）的干法工藝。C4F6在0.13um技術(shù)層面有諸多蝕刻上的優(yōu)點。C4F6有比C4F8更高的對光阻和氮化硅選擇比，這是很重要的兩個優(yōu)點，因為隨著器件尺寸推進到0.13um，孔的CD（關(guān)鍵尺寸）要比0.18um小30％左右，鍵膜層的選擇比要高，這樣才能擴大蝕刻的窗口，提高蝕刻的穩(wěn)定性。蝕刻速率的提高可以減少蝕刻所用的時間，從而提高生產(chǎn)效率。蝕刻均勻度和CDbias(關(guān)鍵尺寸偏置)的提高會提高CD和器件穩(wěn)定可靠性，從而提高產(chǎn)品優(yōu)良率。
另外，環(huán)境方面也是一個非常重要的因素。使用溫室效應(yīng)系數(shù)低的環(huán)保氣體蝕刻設(shè)備及工藝技術(shù)將受政策導(dǎo)向會迅速地相繼開發(fā)出來。C4F6的GWP值幾乎為0，C4F6取代在氧化膜蝕刻工藝中使用的C4F8和C5F8，可降低溫室氣體的排放。半導(dǎo)體蝕刻專家提供蝕刻時PFC（Perfluorocompound）使用的數(shù)據(jù)指出，用C4F6來取代C4F8在氧化物之蝕刻上有相當?shù)男阅芮铱蓽p少65％-82％PFC的排放，有關(guān)專家指出，到目前為止，C4F6可能是唯一能提供所需蝕刻條件及減少排放的替代物。