La prima incisione a umido promosse lo sviluppo di processi di pulizia o incenerimento. Oggi, l’incisione a secco utilizzando il plasma è diventata la pratica comuneprocesso di incisione. Il plasma è costituito da elettroni, cationi e radicali. L'energia applicata al plasma provoca la rimozione degli elettroni più esterni del gas sorgente in stato neutro, convertendo così questi elettroni in cationi.
Inoltre, gli atomi imperfetti nelle molecole possono essere eliminati applicando energia per formare radicali elettricamente neutri. L'incisione a secco utilizza cationi e radicali che compongono il plasma, dove i cationi sono anisotropi (adatti all'incisione in una determinata direzione) e i radicali sono isotropi (adatti all'incisione in tutte le direzioni). Il numero di radicali è molto maggiore del numero di cationi. In questo caso, l'incisione a secco dovrebbe essere isotropa come l'incisione a umido.
Tuttavia, è l'attacco anisotropo dell'attacco a secco che rende possibili i circuiti ultraminiaturizzati. Qual è la ragione di ciò? Inoltre, la velocità di attacco dei cationi e dei radicali è molto lenta. Quindi, come possiamo applicare i metodi di incisione al plasma alla produzione di massa a fronte di questa lacuna?
1. Proporzioni (A/R)
Figura 1. Il concetto di proporzioni e l'impatto del progresso tecnologico su di esso
Il rapporto d'aspetto è il rapporto tra la larghezza orizzontale e l'altezza verticale (ovvero, l'altezza divisa per la larghezza). Minore è la dimensione critica (CD) del circuito, maggiore è il valore del rapporto d'aspetto. Cioè, presupponendo un valore del rapporto d'aspetto di 10 e una larghezza di 10 nm, l'altezza del foro praticato durante il processo di incisione dovrebbe essere di 100 nm. Pertanto, per i prodotti di prossima generazione che richiedono ultraminiaturizzazione (2D) o alta densità (3D), sono necessari valori di rapporto d'aspetto estremamente elevati per garantire che i cationi possano penetrare nella pellicola inferiore durante l'attacco.
Per ottenere una tecnologia di ultraminiaturizzazione con una dimensione critica inferiore a 10 nm nei prodotti 2D, il valore del rapporto d'aspetto del condensatore della memoria ad accesso casuale dinamico (DRAM) deve essere mantenuto superiore a 100. Allo stesso modo, anche la memoria flash NAND 3D richiede valori di rapporto d'aspetto più elevati. per impilare 256 strati o più di strati di impilamento di celle. Anche se vengono soddisfatte le condizioni richieste per altri processi, i prodotti richiesti non possono essere prodotti se ilprocesso di incisionenon è all'altezza degli standard. Ecco perché la tecnologia dell'incisione sta diventando sempre più importante.
2. Panoramica dell'attacco al plasma
Figura 2. Determinazione del gas sorgente di plasma in base al tipo di pellicola
Quando si utilizza un tubo cavo, quanto più stretto è il diametro del tubo, tanto più facile è l'ingresso del liquido, fenomeno cosiddetto capillare. Tuttavia, se si deve praticare un foro (estremità chiusa) nella zona esposta, l'ingresso del liquido diventa piuttosto difficile. Pertanto, poiché a metà degli anni ’70 la dimensione critica del circuito era compresa tra 3 e 5 um,acquaforteha gradualmente sostituito l’incisione a umido come corrente principale. Cioè, sebbene ionizzata, è più facile penetrare nei buchi profondi perché il volume di una singola molecola è inferiore a quello di una molecola di soluzione polimerica organica.
Durante l'attacco al plasma, l'interno della camera di trattamento utilizzata per l'attacco deve essere regolato in uno stato di vuoto prima di iniettare il gas sorgente di plasma adatto allo strato in questione. Quando si incidono pellicole di ossido solido, è necessario utilizzare gas di origine più forti a base di fluoruro di carbonio. Per pellicole di silicio o metallo relativamente deboli, è necessario utilizzare gas sorgente di plasma a base di cloro.
Quindi, come dovrebbero essere attaccati lo strato di gate e lo strato isolante sottostante di biossido di silicio (SiO2)?
Innanzitutto, per lo strato di gate, il silicio deve essere rimosso utilizzando un plasma a base di cloro (silicio + cloro) con selettività di attacco del polisilicio. Per lo strato isolante inferiore, la pellicola di biossido di silicio deve essere incisa in due fasi utilizzando un gas sorgente di plasma a base di fluoruro di carbonio (biossido di silicio + tetrafluoruro di carbonio) con una selettività ed efficacia di incisione più forti.
3. Processo di attacco con ioni reattivi (RIE o attacco fisico-chimico).
Figura 3. Vantaggi dell'attacco con ioni reattivi (anisotropia e velocità di attacco elevata)
Il plasma contiene sia radicali liberi isotropi che cationi anisotropi, quindi come esegue l'attacco anisotropo?
L'attacco a secco al plasma viene eseguito principalmente mediante attacco con ioni reattivi (RIE, Reactive Ion Etching) o applicazioni basate su questo metodo. Il cuore del metodo RIE è quello di indebolire la forza legante tra le molecole bersaglio nel film attaccando l'area di attacco con cationi anisotropi. La zona indebolita viene assorbita dai radicali liberi, combinati con le particelle che compongono lo strato, convertiti in gas (un composto volatile) e rilasciati.
Sebbene i radicali liberi abbiano caratteristiche isotrope, le molecole che compongono la superficie inferiore (la cui forza legante è indebolita dall'attacco dei cationi) vengono catturate più facilmente dai radicali liberi e convertite in nuovi composti rispetto alle pareti laterali con forte forza legante. Pertanto, l’incisione verso il basso diventa la corrente principale. Le particelle catturate diventano gas con radicali liberi, che vengono desorbiti e rilasciati dalla superficie sotto l'azione del vuoto.
A questo punto, i cationi ottenuti mediante azione fisica e i radicali liberi ottenuti mediante azione chimica vengono combinati per l'attacco fisico e chimico e la velocità di attacco (Etch Rate, il grado di attacco in un certo periodo di tempo) viene aumentata di 10 volte rispetto al caso dell'attacco cationico o dell'attacco con radicali liberi da solo. Questo metodo non solo può aumentare la velocità di attacco dell'attacco anisotropo verso il basso, ma può anche risolvere il problema dei residui polimerici dopo l'attacco. Questo metodo è chiamato attacco con ioni reattivi (RIE). La chiave del successo dell'incisione RIE è trovare un gas sorgente di plasma adatto all'incisione della pellicola. Nota: l'incisione al plasma è un'incisione RIE e le due possono essere considerate lo stesso concetto.
4. Tasso di attacco e indice di prestazione principale
Figura 4. Indice Core Etch Performance relativo al tasso di Etch
La velocità di incisione si riferisce alla profondità della pellicola che si prevede venga raggiunta in un minuto. Allora cosa significa che la velocità di incisione varia da parte a parte su un singolo wafer?
Ciò significa che la profondità di incisione varia da parte a parte sul wafer. Per questo motivo, è molto importante impostare il punto finale (EOP) in cui l'incisione deve terminare, considerando la velocità e la profondità di incisione medie. Anche se l'EOP è impostato, ci sono ancora alcune aree in cui la profondità di incisione è più profonda (sovra-incisa) o meno profonda (sotto-incisa) di quanto originariamente previsto. Tuttavia, la sottoincisione provoca più danni rispetto alla sovraincisione durante l'incisione. Perché in caso di sottoincisione, la parte sottoincisa ostacolerà i processi successivi come l'impianto ionico.
Nel frattempo, la selettività (misurata dalla velocità di attacco) è un indicatore chiave delle prestazioni del processo di attacco. Lo standard di misurazione si basa sul confronto della velocità di attacco dello strato maschera (film di fotoresist, film di ossido, film di nitruro di silicio, ecc.) e dello strato target. Ciò significa che maggiore è la selettività, più velocemente viene inciso lo strato target. Maggiore è il livello di miniaturizzazione, maggiore è il requisito di selettività per garantire che i modelli fini possano essere presentati perfettamente. Poiché la direzione dell'attacco è diritta, la selettività dell'attacco cationico è bassa, mentre la selettività dell'attacco radicalico è elevata, il che migliora la selettività del RIE.
5. Processo di incisione
Figura 5. Processo di attacco
Innanzitutto, il wafer viene posto in un forno di ossidazione con una temperatura mantenuta tra 800 e 1000 ℃, quindi sulla superficie del wafer viene formata una pellicola di biossido di silicio (SiO2) con elevate proprietà isolanti mediante un metodo a secco. Successivamente, si avvia il processo di deposizione per formare uno strato di silicio o uno strato conduttivo sulla pellicola di ossido mediante deposizione chimica da fase vapore (CVD)/deposizione fisica da fase vapore (PVD). Se si forma uno strato di silicio, è possibile eseguire un processo di diffusione delle impurità per aumentare la conduttività, se necessario. Durante il processo di diffusione delle impurità, spesso vengono aggiunte ripetutamente più impurità.
A questo punto, lo strato isolante e lo strato di polisilicio dovrebbero essere combinati per l'attacco. Innanzitutto viene utilizzato un fotoresist. Successivamente, sulla pellicola di fotoresist viene posizionata una maschera e viene effettuata l'esposizione ad umido mediante immersione per imprimere il disegno desiderato (invisibile ad occhio nudo) sulla pellicola di fotoresist. Quando il contorno del disegno viene rivelato dallo sviluppo, il fotoresist nell'area fotosensibile viene rimosso. Quindi, il wafer trattato mediante il processo fotolitografico viene trasferito al processo di incisione per l'incisione a secco.
L'attacco a secco viene effettuato principalmente mediante attacco con ioni reattivi (RIE), in cui l'attacco viene ripetuto principalmente sostituendo il gas sorgente adatto per ciascun film. Sia l'incisione a secco che quella a umido mirano ad aumentare le proporzioni (valore A/R) dell'incisione. Inoltre, è necessaria una pulizia regolare per rimuovere il polimero accumulato sul fondo del foro (lo spazio formato dall'attacco). Il punto importante è che tutte le variabili (come materiali, gas sorgente, tempo, forma e sequenza) dovrebbero essere regolate in modo organico per garantire che la soluzione detergente o il gas sorgente plasma possano fluire fino al fondo della trincea. Una leggera modifica in una variabile richiede il ricalcolo di altre variabili e questo processo di ricalcolo viene ripetuto finché non soddisfa lo scopo di ciascuna fase. Recentemente, gli strati monoatomici come gli strati di deposizione di strati atomici (ALD) sono diventati più sottili e più duri. Pertanto, la tecnologia dell'incisione si sta spostando verso l'uso di basse temperature e pressioni. Il processo di incisione mira a controllare la dimensione critica (CD) per produrre modelli fini e garantire che vengano evitati i problemi causati dal processo di incisione, in particolare la sottoincisione e i problemi relativi alla rimozione dei residui. I due articoli precedenti sull'incisione mirano a fornire ai lettori una comprensione dello scopo del processo di incisione, degli ostacoli al raggiungimento degli obiettivi di cui sopra e degli indicatori di prestazione utilizzati per superare tali ostacoli.
Orario di pubblicazione: 10 settembre 2024