O ataque úmido precoce promoveu o desenvolvimento de processos de limpeza ou incineração. Hoje, o ataque a seco usando plasma tornou-se o mainstreamprocesso de gravação. O plasma consiste em elétrons, cátions e radicais. A energia aplicada ao plasma faz com que os elétrons mais externos do gás fonte em estado neutro sejam removidos, convertendo assim esses elétrons em cátions.
Além disso, átomos imperfeitos nas moléculas podem ser removidos pela aplicação de energia para formar radicais eletricamente neutros. A gravação a seco utiliza cátions e radicais que constituem o plasma, onde os cátions são anisotrópicos (adequados para gravação em uma determinada direção) e os radicais são isotrópicos (adequados para gravação em todas as direções). O número de radicais é muito maior que o número de cátions. Neste caso, o ataque a seco deve ser isotrópico como o ataque a úmido.
No entanto, é a gravação anisotrópica da gravação a seco que torna possíveis os circuitos ultraminiaturizados. Qual é a razão para isso? Além disso, a velocidade de ataque de cátions e radicais é muito lenta. Então, como podemos aplicar métodos de gravação a plasma à produção em massa diante dessa deficiência?
1. Proporção de aspecto (A/R)
Figura 1. O conceito de proporção e o impacto do progresso tecnológico sobre ele
Proporção de aspecto é a proporção entre a largura horizontal e a altura vertical (ou seja, altura dividida pela largura). Quanto menor for a dimensão crítica (CD) do circuito, maior será o valor da relação de aspecto. Ou seja, assumindo um valor de proporção de aspecto de 10 e uma largura de 10 nm, a altura do furo perfurado durante o processo de gravação deve ser de 100 nm. Portanto, para produtos de próxima geração que exigem ultraminiaturização (2D) ou alta densidade (3D), são necessários valores de proporção de aspecto extremamente altos para garantir que os cátions possam penetrar no filme inferior durante a gravação.
Para alcançar a tecnologia de ultraminiaturização com uma dimensão crítica inferior a 10nm em produtos 2D, o valor da proporção do capacitor da memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM) deve ser mantido acima de 100. Da mesma forma, a memória flash 3D NAND também requer valores de proporção de aspecto mais altos. para empilhar 256 camadas ou mais de camadas de empilhamento de células. Mesmo que as condições exigidas para outros processos sejam satisfeitas, os produtos necessários não poderão ser produzidos se oprocesso de gravaçãonão está dentro do padrão. É por isso que a tecnologia de gravação está se tornando cada vez mais importante.
2. Visão geral da gravação com plasma
Figura 2. Determinação do gás fonte de plasma de acordo com o tipo de filme
Quando é utilizado um tubo oco, quanto mais estreito o diâmetro do tubo, mais fácil é a entrada do líquido, que é o chamado fenômeno capilar. Porém, se for feito um furo (extremidade fechada) na área exposta, a entrada do líquido torna-se bastante difícil. Portanto, como o tamanho crítico do circuito era de 3um a 5um em meados da década de 1970,gravuragradualmente substituiu a gravação úmida como principal. Ou seja, embora ionizado, é mais fácil penetrar em buracos profundos porque o volume de uma única molécula é menor que o de uma molécula de solução de polímero orgânico.
Durante a gravação com plasma, o interior da câmara de processamento usada para gravação deve ser ajustado para um estado de vácuo antes de injetar o gás fonte de plasma adequado para a camada relevante. Ao gravar filmes de óxido sólido, devem ser usados gases de fonte mais fortes à base de fluoreto de carbono. Para filmes de silício ou metal relativamente fracos, devem ser usados gases de fonte de plasma à base de cloro.
Então, como a camada de porta e a camada isolante de dióxido de silício (SiO2) subjacente devem ser gravadas?
Primeiramente, para a camada gate, o silício deve ser removido utilizando um plasma à base de cloro (silício + cloro) com seletividade de ataque de polissilício. Para a camada isolante inferior, o filme de dióxido de silício deve ser gravado em duas etapas usando uma fonte de gás de plasma à base de fluoreto de carbono (dióxido de silício + tetrafluoreto de carbono) com seletividade e eficácia de ataque mais fortes.
3. Processo de gravação iônica reativa (RIE ou gravação físico-química)
Figura 3. Vantagens da gravação iônica reativa (anisotropia e alta taxa de gravação)
O plasma contém radicais livres isotrópicos e cátions anisotrópicos, então como ele realiza a corrosão anisotrópica?
A gravação a seco por plasma é realizada principalmente por gravação com íons reativos (RIE, Reactive Ion Etching) ou aplicações baseadas neste método. O núcleo do método RIE é enfraquecer a força de ligação entre as moléculas alvo no filme, atacando a área de gravação com cátions anisotrópicos. A área enfraquecida é absorvida pelos radicais livres, combinados com as partículas que compõem a camada, convertidos em gás (composto volátil) e liberados.
Embora os radicais livres tenham características isotrópicas, as moléculas que constituem a superfície inferior (cuja força de ligação é enfraquecida pelo ataque de cátions) são mais facilmente capturadas pelos radicais livres e convertidas em novos compostos do que as paredes laterais com forte força de ligação. Portanto, a gravação descendente se torna a tendência dominante. As partículas capturadas transformam-se em gás com radicais livres, que são dessorvidos e liberados da superfície sob a ação do vácuo.
Neste momento, os cátions obtidos por ação física e os radicais livres obtidos por ação química são combinados para ataque físico e químico, e a taxa de ataque (taxa de ataque, o grau de ataque em um determinado período de tempo) é aumentada em 10 vezes em comparação com o caso do ataque catiônico ou do ataque por radicais livres sozinho. Este método pode não apenas aumentar a taxa de ataque anisotrópico para baixo, mas também resolver o problema do resíduo de polímero após o ataque. Este método é chamado de corrosão iônica reativa (RIE). A chave para o sucesso da gravação RIE é encontrar uma fonte de gás de plasma adequada para gravar o filme. Nota: A gravação por plasma é a gravação RIE e as duas podem ser consideradas o mesmo conceito.
4. Taxa de gravação e índice de desempenho central
Figura 4. Índice Core Etch Performance relacionado à Taxa Etch
A taxa de gravação refere-se à profundidade do filme que se espera atingir em um minuto. Então, o que significa que a taxa de gravação varia de peça para peça em um único wafer?
Isso significa que a profundidade da gravação varia de parte para parte do wafer. Por esta razão, é muito importante definir o ponto final (EOP) onde a gravação deve parar, considerando a taxa média de gravação e a profundidade da gravação. Mesmo que o EOP seja definido, ainda existem algumas áreas onde a profundidade de gravação é mais profunda (sobre-gravada) ou mais rasa (sub-gravada) do que originalmente planeado. No entanto, a gravação insuficiente causa mais danos do que a gravação excessiva durante a gravação. Porque no caso de sub-condicionamento, a parte sub-gravada dificultará processos subsequentes, como a implantação iônica.
Enquanto isso, a seletividade (medida pela taxa de gravação) é um indicador chave de desempenho do processo de gravação. O padrão de medição é baseado na comparação da taxa de corrosão da camada de máscara (filme fotorresistente, filme de óxido, filme de nitreto de silício, etc.) e da camada alvo. Isto significa que quanto maior a seletividade, mais rápido a camada alvo é gravada. Quanto maior o nível de miniaturização, maior será o requisito de seletividade para garantir que os padrões finos possam ser apresentados com perfeição. Como a direção do ataque é direta, a seletividade do ataque catiônico é baixa, enquanto a seletividade do ataque radical é alta, o que melhora a seletividade do RIE.
5. Processo de gravação
Figura 5. Processo de gravação
Primeiro, o wafer é colocado em um forno de oxidação com temperatura mantida entre 800 e 1000 ℃ e, em seguida, um filme de dióxido de silício (SiO2) com altas propriedades de isolamento é formado na superfície do wafer por um método seco. Em seguida, o processo de deposição é iniciado para formar uma camada de silício ou uma camada condutora no filme de óxido por deposição química de vapor (CVD)/deposição física de vapor (PVD). Se for formada uma camada de silício, um processo de difusão de impurezas pode ser realizado para aumentar a condutividade, se necessário. Durante o processo de difusão de impurezas, múltiplas impurezas são frequentemente adicionadas repetidamente.
Neste momento, a camada isolante e a camada de polissilício devem ser combinadas para gravação. Primeiro, um fotorresistente é usado. Posteriormente, uma máscara é colocada sobre o filme fotorresistente e a exposição úmida é realizada por imersão para imprimir o padrão desejado (invisível a olho nu) no filme fotorresistente. Quando o contorno do padrão é revelado pela revelação, o fotorresiste na área fotossensível é removido. Em seguida, o wafer processado pelo processo de fotolitografia é transferido para o processo de gravação para gravação a seco.
A gravação a seco é realizada principalmente por gravação com íons reativos (RIE), na qual a gravação é repetida principalmente pela substituição do gás fonte adequado para cada filme. Tanto a gravação a seco quanto a úmida visam aumentar a proporção de aspecto (valor A/R) da gravação. Além disso, é necessária uma limpeza regular para remover o polímero acumulado no fundo do furo (a fenda formada pelo ataque). O ponto importante é que todas as variáveis (como materiais, fonte de gás, tempo, forma e sequência) devem ser ajustadas organicamente para garantir que a solução de limpeza ou o gás fonte de plasma possam fluir até o fundo da vala. Uma ligeira alteração em uma variável exige o recálculo das demais variáveis, e esse processo de recálculo se repete até atender ao objetivo de cada etapa. Recentemente, camadas monoatômicas, como camadas de deposição de camada atômica (ALD), tornaram-se mais finas e mais duras. Portanto, a tecnologia de gravação está caminhando para o uso de baixas temperaturas e pressões. O processo de ataque químico visa controlar a dimensão crítica (CD) para produzir padrões finos e garantir que sejam evitados problemas causados pelo processo de ataque químico, principalmente sub-ataque e problemas relacionados à remoção de resíduos. Os dois artigos acima sobre gravação visam fornecer aos leitores uma compreensão do propósito do processo de gravação, dos obstáculos para atingir os objetivos acima e dos indicadores de desempenho utilizados para superar tais obstáculos.
Horário da postagem: 10 de setembro de 2024