Gravarea umedă timpurie a promovat dezvoltarea proceselor de curățare sau de cenușare. Astăzi, gravarea uscată cu plasmă a devenit curentul principalproces de gravare. Plasma este formată din electroni, cationi și radicali. Energia aplicată plasmei face ca electronii cei mai exteriori ai gazului sursă în stare neutră să fie îndepărtați, transformând astfel acești electroni în cationi.
În plus, atomii imperfecți din molecule pot fi îndepărtați prin aplicarea energiei pentru a forma radicali neutri din punct de vedere electric. Gravarea uscată utilizează cationi și radicali care alcătuiesc plasma, unde cationii sunt anizotropi (potriviți pentru gravare într-o anumită direcție) și radicalii sunt izotropi (potriviți pentru gravare în toate direcțiile). Numărul de radicali este mult mai mare decât numărul de cationi. În acest caz, gravarea uscată ar trebui să fie izotropă precum gravarea umedă.
Cu toate acestea, gravarea anizotropă a gravării uscate este cea care face posibile circuitele ultra-miniaturizate. Care este motivul pentru aceasta? În plus, viteza de gravare a cationilor și a radicalilor este foarte lentă. Deci, cum putem aplica metodele de gravare cu plasmă la producția de masă în fața acestui neajuns?
1. Raportul de aspect (A/R)
Figura 1. Conceptul de raport de aspect și impactul progresului tehnologic asupra acestuia
Raportul de aspect este raportul dintre lățimea orizontală și înălțimea verticală (adică, înălțimea împărțită la lățime). Cu cât dimensiunea critică (CD) a circuitului este mai mică, cu atât valoarea raportului de aspect este mai mare. Adică, presupunând o valoare a raportului de aspect de 10 și o lățime de 10 nm, înălțimea găurii forate în timpul procesului de gravare ar trebui să fie de 100 nm. Prin urmare, pentru produsele de ultimă generație care necesită ultra-miniaturizare (2D) sau densitate mare (3D), sunt necesare valori extrem de mari ale raportului de aspect pentru a se asigura că cationii pot pătrunde în filmul inferior în timpul gravării.
Pentru a obține o tehnologie de ultra-miniaturizare cu o dimensiune critică mai mică de 10 nm în produsele 2D, valoarea raportului de aspect al condensatorului din memoria dinamică cu acces aleatoriu (DRAM) ar trebui să fie menținută peste 100. În mod similar, memoria flash 3D NAND necesită, de asemenea, valori mai mari ale raportului de aspect pentru a stivui 256 de straturi sau mai multe straturi de stivuire celulară. Chiar dacă sunt îndeplinite condițiile cerute pentru alte procese, produsele necesare nu pot fi produse dacăproces de gravarenu este la standard. Acesta este motivul pentru care tehnologia de gravare devine din ce în ce mai importantă.
2. Prezentare generală a gravării cu plasmă
Figura 2. Determinarea gazului sursă de plasmă în funcție de tipul filmului
Când se folosește o țeavă goală, cu cât diametrul țevii este mai îngust, cu atât este mai ușor să pătrundă lichidul, ceea ce este așa-numitul fenomen capilar. Cu toate acestea, dacă se găsește o gaură (capăt închis) în zona expusă, intrarea lichidului devine destul de dificilă. Prin urmare, deoarece dimensiunea critică a circuitului era de 3um până la 5um la mijlocul anilor 1970, uscatgravarea înlocuit treptat gravura umedă ca curent principal. Adică, deși ionizat, este mai ușor să pătrunzi în găurile adânci, deoarece volumul unei singure molecule este mai mic decât cel al unei molecule de soluție de polimer organic.
În timpul gravării cu plasmă, interiorul camerei de procesare utilizată pentru gravare trebuie ajustat la o stare de vid înainte de a injecta gazul sursă de plasmă potrivit pentru stratul relevant. La gravarea filmelor de oxid solid, trebuie utilizate gaze sursă mai puternice pe bază de fluorură de carbon. Pentru folii de siliciu sau metal relativ slabe, ar trebui utilizate gaze de plasmă pe bază de clor.
Deci, cum ar trebui să fie gravate stratul de poartă și stratul izolator de dioxid de siliciu (SiO2) subiacent?
În primul rând, pentru stratul de poartă, siliciul trebuie îndepărtat folosind o plasmă pe bază de clor (siliciu + clor) cu selectivitate de gravare pe polisiliciu. Pentru stratul izolator inferior, filmul de dioxid de siliciu trebuie gravat în două etape folosind o sursă de gaz pe bază de plasmă pe bază de fluorură de carbon (dioxid de siliciu + tetrafluorură de carbon) cu o selectivitate și eficacitate mai puternice.
3. Proces de gravare cu ioni reactivi (RIE sau gravare fizico-chimică).
Figura 3. Avantajele gravării cu ioni reactivi (anizotropie și viteză mare de gravare)
Plasma conține atât radicali liberi izotropi, cât și cationi anizotropi, deci cum efectuează gravarea anizotropă?
Gravarea uscată cu plasmă se realizează în principal prin gravarea cu ioni reactivi (RIE, Reactive Ion Etching) sau prin aplicații bazate pe această metodă. Miezul metodei RIE este de a slăbi forța de legare dintre moleculele țintă din film prin atacarea zonei de gravare cu cationi anizotropi. Zona slăbită este absorbită de radicalii liberi, combinați cu particulele care alcătuiesc stratul, transformate în gaz (un compus volatil) și eliberate.
Deși radicalii liberi au caracteristici izotrope, moleculele care alcătuiesc suprafața inferioară (a căror forță de legare este slăbită de atacul cationilor) sunt mai ușor captate de radicalii liberi și transformate în compuși noi decât pereții laterali cu forță de legare puternică. Prin urmare, gravura în jos devine curentul principal. Particulele captate devin gaz cu radicali liberi, care sunt desorbiți și eliberați de la suprafață sub acțiunea vidului.
În acest moment, cationii obținuți prin acțiune fizică și radicalii liberi obținuți prin acțiune chimică sunt combinați pentru gravare fizică și chimică, iar rata de gravare (Etch Rate, gradul de gravare într-o anumită perioadă de timp) este crescută de 10 ori. comparativ cu cazul gravării cationice sau gravării cu radicali liberi numai. Această metodă nu numai că poate crește rata de gravare a gravării anizotrope în jos, dar poate și rezolva problema reziduurilor de polimer după gravare. Această metodă se numește gravare cu ioni reactivi (RIE). Cheia succesului gravării RIE este găsirea unei surse de gaz de plasmă potrivită pentru gravarea filmului. Notă: Gravarea cu plasmă este gravarea RIE și cele două pot fi considerate ca fiind același concept.
4. Etch Rate și Core Performance Index
Figura 4. Indicele de performanță Core Etch legat de Rata Etch
Rata de gravare se referă la adâncimea filmului care se așteaptă să fie atinsă într-un minut. Deci, ce înseamnă că rata de gravare variază de la o parte la alta pe o singură napolitană?
Aceasta înseamnă că adâncimea de gravare variază de la o parte la alta pe placă. Din acest motiv, este foarte important să se stabilească punctul final (EOP) unde gravarea ar trebui să se oprească luând în considerare rata medie de gravare și adâncimea de gravare. Chiar dacă EOP este setat, există totuși unele zone în care adâncimea de gravare este mai adâncă (supragravată) sau mai mică (subgravată) decât era planificat inițial. Cu toate acestea, subgravarea provoacă mai multe daune decât supragravarea în timpul gravării. Deoarece în cazul subgravării, partea subgravată va împiedica procesele ulterioare precum implantarea ionică.
Între timp, selectivitatea (măsurată prin rata de gravare) este un indicator cheie de performanță al procesului de gravare. Standardul de măsurare se bazează pe compararea ratei de gravare a stratului de mască (film fotorezistent, film de oxid, film de nitrură de siliciu etc.) și stratul țintă. Aceasta înseamnă că cu cât selectivitatea este mai mare, cu atât stratul țintă este gravat mai repede. Cu cât este mai mare nivelul de miniaturizare, cu atât este mai mare cerința de selectivitate pentru a se asigura că modelele fine pot fi prezentate perfect. Deoarece direcția de gravare este dreaptă, selectivitatea gravării cationice este scăzută, în timp ce selectivitatea gravării radicale este mare, ceea ce îmbunătățește selectivitatea RIE.
5. Procesul de gravare
Figura 5. Procesul de gravare
În primul rând, placheta este plasată într-un cuptor de oxidare cu o temperatură menținută între 800 și 1000℃, iar apoi se formează o peliculă de dioxid de siliciu (SiO2) cu proprietăți de izolare ridicate pe suprafața plachetei printr-o metodă uscată. Apoi, procesul de depunere este introdus pentru a forma un strat de siliciu sau un strat conductiv pe filmul de oxid prin depunere chimică de vapori (CVD)/depunere fizică de vapori (PVD). Dacă se formează un strat de siliciu, poate fi efectuat un proces de difuzie a impurităților pentru a crește conductivitatea dacă este necesar. În timpul procesului de difuzie a impurităților, mai multe impurități sunt adesea adăugate în mod repetat.
În acest moment, stratul izolator și stratul de polisiliciu ar trebui să fie combinate pentru gravare. În primul rând, se folosește un fotorezistent. Ulterior, pe filmul fotorezistent este plasată o mască și se realizează expunerea umedă prin imersie pentru a imprima modelul dorit (invizibil cu ochiul liber) pe filmul fotorezistent. Când conturul modelului este dezvăluit prin dezvoltare, fotorezistul din zona fotosensibilă este îndepărtat. Apoi, placheta prelucrată prin procesul de fotolitografie este transferată la procesul de gravare pentru gravare uscată.
Gravarea uscată se realizează în principal prin gravarea cu ioni reactivi (RIE), în care gravarea se repetă în principal prin înlocuirea gazului sursă adecvat pentru fiecare film. Atât gravarea uscată, cât și gravarea umedă au scopul de a crește raportul de aspect (valoarea A/R) al gravării. În plus, este necesară o curățare regulată pentru a îndepărta polimerul acumulat în fundul găurii (decalajul format prin gravare). Punctul important este că toate variabilele (cum ar fi materialele, gazul sursă, timpul, forma și secvența) trebuie ajustate organic pentru a se asigura că soluția de curățare sau gazul sursă cu plasmă poate curge în josul șanțului. O ușoară modificare a unei variabile necesită recalcularea altor variabile, iar acest proces de recalculare se repetă până când îndeplinește scopul fiecărei etape. Recent, straturile monoatomice, cum ar fi straturile de depunere a stratului atomic (ALD), au devenit mai subțiri și mai dure. Prin urmare, tehnologia de gravare se îndreaptă către utilizarea temperaturilor și presiunilor scăzute. Procesul de gravare are ca scop controlul dimensiunii critice (CD) pentru a produce modele fine și a se asigura că sunt evitate problemele cauzate de procesul de gravare, în special subgravarea și problemele legate de îndepărtarea reziduurilor. Cele două articole de mai sus despre gravare au scopul de a oferi cititorilor o înțelegere a scopului procesului de gravare, a obstacolelor în calea atingerii obiectivelor de mai sus și a indicatorilor de performanță utilizați pentru a depăși astfel de obstacole.
Ora postării: 10-sept-2024