Els primers gravats humits van promoure el desenvolupament de processos de neteja o cendra. Avui en dia, el gravat en sec amb plasma s'ha convertit en el corrent principalprocés de gravat. El plasma està format per electrons, cations i radicals. L'energia aplicada al plasma fa que els electrons més externs del gas font en estat neutre siguin eliminats, convertint així aquests electrons en cations.
A més, els àtoms imperfectes de les molècules es poden eliminar aplicant energia per formar radicals elèctricament neutres. El gravat en sec utilitza cations i radicals que formen el plasma, on els cations són anisòtrops (aptes per gravar en una determinada direcció) i els radicals són isòtrops (aptes per gravar en totes direccions). El nombre de radicals és molt més gran que el nombre de cations. En aquest cas, el gravat en sec hauria de ser isòtrop com el gravat humit.
Tanmateix, és el gravat anisotròpic del gravat en sec el que fa possibles circuits ultraminiaturitzats. Quina és la raó d'això? A més, la velocitat de gravat de cations i radicals és molt lenta. Llavors, com podem aplicar mètodes de gravat per plasma a la producció en massa davant d'aquesta mancança?
1. Relació d'aspecte (A/R)
Figura 1. El concepte de relació d'aspecte i l'impacte del progrés tecnològic sobre aquest
La relació d'aspecte és la relació entre l'amplada horitzontal i l'alçada vertical (és a dir, l'alçada dividida per l'amplada). Com més petita sigui la dimensió crítica (CD) del circuit, més gran serà el valor de la relació d'aspecte. És a dir, suposant un valor de relació d'aspecte de 10 i una amplada de 10 nm, l'alçada del forat perforat durant el procés de gravat hauria de ser de 100 nm. Per tant, per als productes de nova generació que requereixen ultraminiaturització (2D) o alta densitat (3D), es requereixen valors de relació d'aspecte extremadament alts per garantir que els cations puguin penetrar a la pel·lícula inferior durant el gravat.
Per aconseguir una tecnologia d'ultraminiaturització amb una dimensió crítica de menys de 10 nm en productes 2D, el valor de la relació d'aspecte del condensador de la memòria d'accés aleatori dinàmic (DRAM) s'ha de mantenir per sobre de 100. De la mateixa manera, la memòria flash 3D NAND també requereix valors de relació d'aspecte més alts. per apilar 256 capes o més de capes d'apilament de cel·les. Fins i tot si es compleixen les condicions requerides per a altres processos, els productes requerits no es poden produir siprocés de gravatno està a l'alçada dels estàndards. És per això que la tecnologia de gravat és cada cop més important.
2. Visió general del gravat per plasma
Figura 2. Determinació del gas font de plasma segons el tipus de pel·lícula
Quan s'utilitza una canonada buida, com més estret és el diàmetre de la canonada, més fàcil és que el líquid entri, que és l'anomenat fenomen capil·lar. Tanmateix, si s'ha de perforar un forat (extrem tancat) a la zona exposada, l'entrada del líquid es fa força difícil. Per tant, com que la mida crítica del circuit era de 3um a 5um a mitjans de la dècada de 1970, secgravatha substituït gradualment l'aiguafort humit com a corrent principal. És a dir, encara que ionitzat, és més fàcil penetrar en forats profunds perquè el volum d'una sola molècula és més petit que el d'una molècula de solució de polímer orgànic.
Durant el gravat amb plasma, l'interior de la cambra de processament utilitzada per al gravat s'ha d'ajustar a un estat de buit abans d'injectar el gas font de plasma adequat per a la capa corresponent. En gravar pel·lícules d'òxid sòlid, s'han d'utilitzar gasos font més forts basats en fluorur de carboni. Per a pel·lícules de silici o metall relativament febles, s'han d'utilitzar gasos de font de plasma basats en clor.
Aleshores, com s'ha de gravar la capa de la porta i la capa aïllant de diòxid de silici (SiO2) subjacent?
En primer lloc, per a la capa de la porta, el silici s'ha d'eliminar mitjançant un plasma basat en clor (silici + clor) amb selectivitat de gravat de polisilici. Per a la capa aïllant inferior, la pel·lícula de diòxid de silici s'ha de gravar en dos passos utilitzant un gas de font de plasma basat en fluor de carboni (diòxid de silici + tetrafluorur de carboni) amb una selectivitat i eficàcia de gravat més fortes.
3. Procés de gravat iònic reactiu (RIE o gravat fisicoquímic).
Figura 3. Avantatges del gravat d'ions reactius (anisotropia i alta velocitat de gravat)
El plasma conté radicals lliures isotròpics i cations anisòtrops, així que com fa el gravat anisotròpic?
El gravat en sec per plasma es realitza principalment mitjançant gravat d'ions reactius (RIE, Reactive Ion Etching) o aplicacions basades en aquest mètode. El nucli del mètode RIE és debilitar la força d'unió entre les molècules diana de la pel·lícula atacant la zona de gravat amb cations anisotròpics. La zona debilitada és absorbida pels radicals lliures, combinats amb les partícules que formen la capa, convertides en gas (un compost volàtil) i alliberades.
Tot i que els radicals lliures tenen característiques isòtropes, les molècules que formen la superfície inferior (la força d'unió de la qual es debilita per l'atac dels cations) són més fàcilment capturades pels radicals lliures i convertides en nous compostos que les parets laterals amb una forta força d'unió. Per tant, l'aiguafort a la baixa es converteix en el corrent principal. Les partícules capturades es converteixen en gasos amb radicals lliures, que són desorbits i alliberats de la superfície sota l'acció del buit.
En aquest moment, els cations obtinguts per l'acció física i els radicals lliures obtinguts per l'acció química es combinen per al gravat físic i químic, i la velocitat de gravat (Etch Rate, el grau de gravat en un període de temps determinat) augmenta 10 vegades. en comparació amb el cas del gravat catiònic o el gravat amb radicals lliures només. Aquest mètode no només pot augmentar la taxa de gravat de gravat anisotròpic a la baixa, sinó que també pot resoldre el problema dels residus de polímer després del gravat. Aquest mètode s'anomena gravat d'ions reactius (RIE). La clau de l'èxit del gravat RIE és trobar un gas de font de plasma adequat per gravar la pel·lícula. Nota: l'aiguafort al plasma és gravat RIE, i els dos es poden considerar el mateix concepte.
4. Etch Rate i Core Performance Index
Figura 4. Core Etch Performance Index relacionat amb Etch Rate
La taxa de gravat es refereix a la profunditat de la pel·lícula que s'espera que s'assoleixi en un minut. Aleshores, què vol dir que la velocitat de gravat varia d'una part a una altra en una sola hòstia?
Això vol dir que la profunditat de gravat varia d'una part a una altra de l'hòstia. Per aquest motiu, és molt important establir el punt final (EOP) on s'ha d'aturar el gravat tenint en compte la velocitat mitjana de gravat i la profunditat de gravat. Fins i tot si l'EOP està establert, encara hi ha algunes zones on la profunditat de gravat és més profunda (sobregravada) o menys profunda (subgravada) del que s'havia previst originalment. Tanmateix, el gravat inferior causa més danys que el gravat excessiu durant el gravat. Perquè en el cas del subgravat, la part poc gravada dificultarà processos posteriors com la implantació d'ions.
Mentrestant, la selectivitat (mesurada per la taxa de gravat) és un indicador clau de rendiment del procés de gravat. L'estàndard de mesura es basa en la comparació de la velocitat de gravat de la capa de màscara (pel·lícula fotoresistent, pel·lícula d'òxid, pel·lícula de nitrur de silici, etc.) i la capa objectiu. Això vol dir que com més gran sigui la selectivitat, més ràpid es gravarà la capa objectiu. Com més alt sigui el nivell de miniaturització, més gran serà el requisit de selectivitat per garantir que els patrons fins es puguin presentar perfectament. Com que la direcció de gravat és recta, la selectivitat del gravat catiònic és baixa, mentre que la selectivitat del gravat radical és alta, cosa que millora la selectivitat del RIE.
5. Procés de gravat
Figura 5. Procés de gravat
Primer, l'hòstia es col·loca en un forn d'oxidació amb una temperatura mantinguda entre 800 i 1000 ℃, i després es forma una pel·lícula de diòxid de silici (SiO2) amb altes propietats d'aïllament a la superfície de l'hòstia mitjançant un mètode sec. A continuació, s'introdueix el procés de deposició per formar una capa de silici o una capa conductora a la pel·lícula d'òxid mitjançant deposició química de vapor (CVD)/deposició física de vapor (PVD). Si es forma una capa de silici, es pot realitzar un procés de difusió d'impureses per augmentar la conductivitat si cal. Durant el procés de difusió d'impureses, sovint s'afegeixen diverses impureses repetidament.
En aquest moment, la capa aïllant i la capa de polisilici s'han de combinar per gravar. En primer lloc, s'utilitza un fotoresistent. Posteriorment, es col·loca una màscara a la pel·lícula fotoresistent i es realitza una exposició humida per immersió per imprimir el patró desitjat (invisible a ull nu) a la pel·lícula fotoresistent. Quan el contorn del patró es revela pel desenvolupament, s'elimina el fotoresistent de la zona fotosensible. A continuació, la hòstia processada pel procés de fotolitografia es transfereix al procés de gravat per gravat en sec.
El gravat en sec es realitza principalment mitjançant gravat d'ions reactius (RIE), en el qual el gravat es repeteix principalment substituint el gas d'origen adequat per a cada pel·lícula. Tant el gravat en sec com el humit tenen com a objectiu augmentar la relació d'aspecte (valor A/R) del gravat. A més, cal una neteja regular per eliminar el polímer acumulat a la part inferior del forat (el buit format per l'aiguafort). El punt important és que totes les variables (com els materials, el gas font, el temps, la forma i la seqüència) s'han d'ajustar orgànicament per garantir que la solució de neteja o el gas font de plasma pugui fluir cap a la part inferior de la rasa. Un lleuger canvi d'una variable requereix un recàlcul d'altres variables, i aquest procés de recàlcul es repeteix fins que compleix el propòsit de cada etapa. Recentment, les capes monoatòmiques com les capes de deposició de capa atòmica (ALD) s'han tornat més primes i dures. Per tant, la tecnologia de gravat està avançant cap a l'ús de temperatures i pressions baixes. El procés de gravat té com a objectiu controlar la dimensió crítica (CD) per produir patrons fins i garantir que s'evitin els problemes causats pel procés de gravat, especialment el subgravat i els problemes relacionats amb l'eliminació de residus. Els dos articles anteriors sobre gravat pretenen proporcionar als lectors una comprensió del propòsit del procés de gravat, els obstacles per assolir els objectius anteriors i els indicadors de rendiment utilitzats per superar aquests obstacles.
Hora de publicació: 10-set-2024