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新一代蚀刻气体——六氟-1,3-丁二烯C4F6

2022-02-24 09:43

新一代干法蚀刻气体六氟-1,3-丁二烯C4F6,可用于蚀刻二氧化硅和氮化硅此类介质材料,作为特种电子气体从属于电子工业体系。当前,电子工业已经成为支撑国民经济可持续发展和保障国家战略安全的核心工业体系。特种电子气体是整个电子工业体系的核心关键原材料之一,在国防军事、航空航天、新型太阳能电池、电子产品等方面有着极其广泛的应用。

目前高纯特种电子气体的研发与产业化已作为我国极大规模集成电路制造装备及成套工艺的核心部分被列入我国国家科技重大专项,与大型飞机、载人航天与探月工程等16 个重大专项一起被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》。

国务院2016年11月29日颁发的国发〔2016〕67号文件“十三五”国家战略性新兴产业发展规划中指出,要提升核心基础硬件供给能力。提升关键芯片设计水平,发展面向新应用的芯片。加快16/14纳米工艺产业化和存储器生产线建设。而特种电子气体的研发与产业化已作为我国集成电路制造装备及成套工艺的核心部分,显然是受到政策支持的。

在硅片制造厂,一个硅片需要完成450道或更多的工艺步骤,才能得到有各种电路图案的芯片,此过程包括外延、成膜、掺杂、蚀刻、清洗、封装等工序。含氟蚀刻剂广泛应用于半导体或LCD前段制程,主要用于干法蚀刻。含氟蚀刻气体主要包括:CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F6、c-C4F8、C4F6、C5F8等。各蚀刻气体用途及特点总结见表1。

氟化物 化学式 材质 特点
四氟化碳 CF4 金属氧化硅 各向异性,应用于硬膜开放和其它高宽高比蚀刻工艺
一氟甲烷 CH3F 氧化硅 各向异性,主要用于集成电路中的等离子蚀刻,尤其是HDP(高密度等离子)蚀刻。
二氟甲烷 CH2F2 氧化硅 各向异性,在硅和氧化硅中形成高宽高比
六氟乙烷 C2F6 氧化硅 各向异性,在硅和氧化硅蚀刻中产生理想的高宽比,在蚀刻形成聚合物薄膜(光刻胶)对侧壁起保护作用。
六氟-1,3-丁二烯 C4F6 氧化硅 各向异性,在硅和氧化硅蚀刻中产生理想的高宽比,在蚀刻形成聚合物薄膜(光刻胶)对侧壁起保护作用。
八氟环戊烯 C5F8 氧化硅 各向异性,在硅和氧化硅蚀刻中产生理想的高宽比,在蚀刻形成聚合物薄膜(光刻胶)对侧壁起保护作用。
八氟环丁烷 C4F8 氧化硅 各向异性,在蚀刻中形成理想的高宽高比
三氟甲烷 CHF3 金属氧化硅 各向异性,在蚀刻中形成理想的高宽高比
六氟化硫 SF6 多晶硅 各向异性,在蚀刻中形成理想的高宽高比
三氟化氮 NF3 多晶硅 各向异性,在蚀刻中形成理想的高宽高比

六氟丁二烯(C4F6)和八氟环戊烯(C5F8)作为新一代蚀刻气体,被认为具有竞争优势,尤其是C4F6。C4F6用作半导体级含氟气体的市场需求在全面增长。它可取代CF4,用于KrF激光锐利蚀刻半导体电容器图形(Patterns)的干法工艺。C4F6在0.13um技术层面有诸多蚀刻上的优点。C4F6有比C4F8更高的对光阻和氮化硅选择比,这是很重要的两个优点,因为随着器件尺寸推进到0.13um,孔的CD(关键尺寸)要比0.18um小30%左右,键膜层的选择比要高,这样才能扩大蚀刻的窗口,提高蚀刻的稳定性。蚀刻速率的提高可以减少蚀刻所用的时间,从而提高生产效率。蚀刻均匀度和CDbias(关键尺寸偏置)的提高会提高CD和器件稳定可靠性,从而提高产品优良率。
另外,环境方面也是一个非常重要的因素。使用温室效应系数低的环保气体蚀刻设备及工艺技术将受政策导向会迅速地相继开发出来。C4F6的GWP值几乎为0,C4F6取代在氧化膜蚀刻工艺中使用的C4F8和C5F8,可降低温室气体的排放。半导体蚀刻专家提供蚀刻时PFC(Perfluorocompound)使用的数据指出,用C4F6来取代C4F8在氧化物之蚀刻上有相当的性能且可减少65%-82%PFC的排放,有关专家指出,到目前为止,C4F6可能是唯一能提供所需蚀刻条件及减少排放的替代物。