O primeiro gravado húmido promoveu o desenvolvemento de procesos de limpeza ou cinza. Hoxe, o gravado en seco con plasma converteuse na corrente principalproceso de grabado. O plasma está formado por electróns, catións e radicais. A enerxía aplicada ao plasma fai que os electróns máis externos do gas fonte en estado neutro sexan eliminados, convertendo estes electróns en catións.
Ademais, os átomos imperfectos das moléculas pódense eliminar aplicando enerxía para formar radicais eléctricamente neutros. O gravado en seco utiliza catións e radicais que forman o plasma, onde os catións son anisótropos (aptos para gravar nunha determinada dirección) e os radicais son isótropos (aptos para gravar en todas as direccións). O número de radicais é moito maior que o número de catións. Neste caso, o gravado en seco debe ser isotrópico como o gravado húmido.
Non obstante, é o gravado anisótropo do gravado en seco o que fai posibles os circuítos ultraminiaturizados. Cal é a razón disto? Ademais, a velocidade de gravado de catións e radicais é moi lenta. Entón, como podemos aplicar os métodos de gravado por plasma á produción en masa ante esta deficiencia?
1. Relación de aspecto (A/R)
Figura 1. O concepto de relación de aspecto e o impacto do progreso tecnolóxico nel
A relación de aspecto é a relación entre o ancho horizontal e a altura vertical (é dicir, a altura dividida polo ancho). Canto menor sexa a dimensión crítica (CD) do circuíto, maior será o valor da relación de aspecto. É dicir, asumindo un valor de relación de aspecto de 10 e un ancho de 10 nm, a altura do burato perforado durante o proceso de gravado debería ser de 100 nm. Polo tanto, para produtos de próxima xeración que requiren ultraminiaturización (2D) ou alta densidade (3D), requírense valores de relación de aspecto extremadamente altos para garantir que os catións poidan penetrar na película inferior durante o gravado.
Para conseguir unha tecnoloxía de ultraminiaturización cunha dimensión crítica inferior a 10 nm en produtos 2D, o valor da relación de aspecto do capacitor da memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) debe manterse por encima de 100. Do mesmo xeito, a memoria flash 3D NAND tamén require valores de relación de aspecto máis altos. para apilar 256 capas ou máis de capas de apilamiento de células. Aínda que se cumpran as condicións esixidas para outros procesos, os produtos requiridos non se poden producir se oproceso de grabadonon está á altura. É por iso que a tecnoloxía de gravado é cada vez máis importante.
2. Visión xeral do gravado por plasma
Figura 2. Determinación do gas fonte de plasma segundo o tipo de película
Cando se utiliza un tubo oco, canto máis estreito é o diámetro do tubo, máis fácil é a entrada do líquido, que é o denominado fenómeno capilar. Non obstante, se se debe perforar un burato (extremo pechado) na zona exposta, a entrada do líquido faise bastante difícil. Polo tanto, dado que o tamaño crítico do circuíto era de 3um a 5um a mediados da década de 1970, secogravadosubstituíu gradualmente o gravado húmido como corrente principal. É dicir, aínda que ionizado, é máis doado penetrar en buratos profundos porque o volume dunha única molécula é menor que o dunha molécula de solución de polímero orgánico.
Durante o gravado por plasma, o interior da cámara de procesamento utilizada para o gravado debe axustarse a un estado de baleiro antes de inxectar o gas fonte de plasma axeitado para a capa correspondente. Cando se gravan películas de óxido sólido, débense utilizar gases fonte de fluoruro de carbono máis fortes. Para películas metálicas ou de silicio relativamente débiles, débense utilizar gases de fonte de plasma baseados en cloro.
Entón, como se debe gravar a capa de porta e a capa illante de dióxido de silicio (SiO2) subxacente?
En primeiro lugar, para a capa de porta, o silicio debe eliminarse mediante un plasma a base de cloro (silicio + cloro) con selectividade de gravado de polisilicio. Para a capa illante inferior, a película de dióxido de silicio debe gravarse en dous pasos utilizando un gas de fonte de plasma a base de fluoruro de carbono (dióxido de silicio + tetrafluoruro de carbono) cunha selectividade e eficacia de gravado máis fortes.
3. Proceso de gravado iónico reactivo (RIE ou gravado fisicoquímico).
Figura 3. Vantaxes do gravado con ións reactivos (anisotropía e alta taxa de gravado)
O plasma contén radicais libres isotrópicos e catións anisótropos, entón como realiza o gravado anisótropo?
O gravado en seco por plasma realízase principalmente mediante gravado con ións reactivos (RIE, Reactive Ion Etching) ou aplicacións baseadas neste método. O núcleo do método RIE é debilitar a forza de unión entre as moléculas diana da película atacando a zona de gravado con catións anisótropos. A zona debilitada é absorbida polos radicais libres, combinadas coas partículas que forman a capa, convertidas en gas (un composto volátil) e liberadas.
Aínda que os radicais libres teñen características isótropas, as moléculas que constitúen a superficie inferior (cuxa forza de unión vese debilitada polo ataque dos catións) son capturadas máis facilmente polos radicais libres e convértense en novos compostos que as paredes laterais cunha forte forza de unión. Polo tanto, o gravado descendente convértese na corrente principal. As partículas capturadas convértense en gas con radicais libres, que son desorbidos e liberados da superficie baixo a acción do baleiro.
Neste momento, os catións obtidos pola acción física e os radicais libres obtidos pola acción química combínanse para o gravado físico e químico, e a taxa de gravado (Etch Rate, o grao de gravado nun determinado período de tempo) increméntase 10 veces. comparado co caso do gravado catiónico ou só do gravado por radicais libres. Este método non só pode aumentar a taxa de gravado de gravado anisótropo descendente, senón que tamén pode resolver o problema dos residuos de polímero despois do gravado. Este método chámase gravado iónico reactivo (RIE). A clave do éxito do gravado RIE é atopar unha fonte de gas de plasma axeitado para gravar a película. Nota: O gravado por plasma é gravado RIE, e os dous poden considerarse o mesmo concepto.
4. Taxa de Etch e índice de rendemento básico
Figura 4. Índice de rendemento de Etch Core relacionado coa taxa de Etch
A taxa de grabado refírese á profundidade da película que se espera que se alcance nun minuto. Entón, que significa que a taxa de gravado varía dunha parte a outra nunha única oblea?
Isto significa que a profundidade do gravado varía dunha parte a outra da oblea. Por este motivo, é moi importante establecer o punto final (EOP) onde se debe deter o gravado tendo en conta a taxa media de gravado e a profundidade do gravado. Aínda que se estableza o EOP, aínda hai algunhas áreas nas que a profundidade do gravado é máis profunda (sobregrabada) ou menos profunda (subgravada) do que se planeaba orixinalmente. Non obstante, o gravado inferior causa máis danos que o sobregrabado durante o gravado. Porque no caso do subgrabado, a parte subgrabada dificultará procesos posteriores como a implantación iónica.
Mentres tanto, a selectividade (medida pola taxa de gravado) é un indicador clave de rendemento do proceso de gravado. O estándar de medición baséase na comparación da taxa de gravado da capa de máscara (película fotorresistente, película de óxido, película de nitruro de silicio, etc.) e a capa de destino. Isto significa que canto maior sexa a selectividade, máis rápido se grava a capa de destino. Canto maior sexa o nivel de miniaturización, maior será o requisito de selectividade para garantir que os patróns finos poidan presentarse perfectamente. Dado que a dirección do gravado é recta, a selectividade do gravado catiónico é baixa, mentres que a selectividade do gravado radical é alta, o que mellora a selectividade do RIE.
5. Proceso de gravado
Figura 5. Proceso de gravado
En primeiro lugar, a oblea colócase nun forno de oxidación cunha temperatura mantida entre 800 e 1000 ℃, e despois fórmase unha película de dióxido de silicio (SiO2) con altas propiedades de illamento na superficie da oblea por un método seco. A continuación, introdúcese no proceso de deposición para formar unha capa de silicio ou unha capa condutora na película de óxido mediante deposición química en vapor (CVD)/deposición física en vapor (PVD). Se se forma unha capa de silicio, pódese realizar un proceso de difusión de impurezas para aumentar a condutividade se é necesario. Durante o proceso de difusión de impurezas, moitas veces engádense varias impurezas repetidamente.
Neste momento, a capa illante e a capa de polisilicio deben combinarse para gravar. En primeiro lugar, úsase un fotorresistente. Posteriormente, colócase unha máscara sobre a película fotorresistente e realízase a exposición húmida por inmersión para imprimir o patrón desexado (invisible a simple vista) na película fotorresistente. Cando o contorno do patrón é revelado polo desenvolvemento, elimínase o fotorresistente na zona fotosensible. Despois, a oblea procesada polo proceso de fotolitografía transfírese ao proceso de gravado para gravado en seco.
O gravado en seco realízase principalmente mediante gravado con ións reactivos (RIE), no que o gravado se repite principalmente substituíndo o gas fonte axeitado para cada película. Tanto o gravado en seco como o en húmido pretenden aumentar a relación de aspecto (valor A/R) do gravado. Ademais, é necesaria unha limpeza regular para eliminar o polímero acumulado no fondo do burato (o oco formado polo gravado). O punto importante é que todas as variables (como os materiais, o gas de orixe, o tempo, a forma e a secuencia) deben axustarse organicamente para garantir que a solución de limpeza ou o gas fonte de plasma poidan baixar ata o fondo da gabia. Un lixeiro cambio nunha variable require o recálculo doutras variables, e este proceso de recálculo repítese ata que se cumpra o propósito de cada etapa. Recentemente, as capas monoatómicas como as capas de deposición atómica (ALD) fixéronse máis delgadas e duras. Polo tanto, a tecnoloxía do gravado avanza cara ao uso de baixas temperaturas e presións. O proceso de gravado ten como obxectivo controlar a dimensión crítica (CD) para producir patróns finos e garantir que se eviten os problemas causados polo proceso de gravado, especialmente o subgravado e os problemas relacionados coa eliminación de residuos. Os dous artigos anteriores sobre gravado pretenden proporcionar aos lectores unha comprensión do propósito do proceso de gravado, os obstáculos para acadar os obxectivos anteriores e os indicadores de rendemento utilizados para superar tales obstáculos.
Hora de publicación: 10-09-2024