El gravat humit primerenc va promoure el desenvolupament dels processos de neteja o de reducció de cendres. Avui dia, el gravat en sec amb plasma s'ha convertit en el principal ús.procés de gravatEl 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 anisotròpics (adequats per gravar en una determinada direcció) i els radicals són isotròpics (adequats 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 isotròpic com el gravat humit.
Tanmateix, és el gravat anisotròpic del gravat en sec el que fa possibles els circuits ultraminiaturitzats. Quin és el motiu d'això? A més, la velocitat de gravat dels cations i els radicals és molt lenta. Aleshores, com podem aplicar els mètodes de gravat per plasma a la producció en massa davant d'aquesta deficiència?
1. Relació d'aspecte (A/R)
Figura 1. El concepte de relació d'aspecte i l'impacte del progrés tecnològic en 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, assumint 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 tecnologia d'ultraminiaturització amb una dimensió crítica inferior a 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 NAND 3D 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'altura 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 sigui el diàmetre de la canonada, més fàcil serà que hi entri líquid, cosa que s'anomena fenomen capil·lar. Tanmateix, si s'ha de perforar un forat (extrem tancat) a la zona exposada, l'entrada del líquid esdevé força difícil. Per tant, com que la mida crítica del circuit era de 3 µm a 5 µm a mitjans dels anys 70, en sec...gravatha substituït gradualment el gravat humit com a corrent principal. És a dir, tot i que està 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 per 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 pertinent. Quan es graven 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 font de plasma basats en clor.
Aleshores, com s'hauria de gravar la capa de porta i la capa aïllant subjacent de diòxid de silici (SiO2)?
Primer, per a la capa de 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 font de plasma basat en fluorur de carboni (diòxid de silici + tetrafluorur de carboni) amb una selectivitat i una eficàcia de gravat més fortes.
3. Procés de gravat iònic reactiu (RIE o gravat fisicoquímic)
Figura 3. Avantatges del gravat iònic reactiu (anisotropia i alta velocitat de gravat)
El plasma conté radicals lliures isotròpics i cations anisotròpics, així que com realitza el gravat anisotròpic?
El gravat sec per plasma es realitza principalment mitjançant gravat iònic reactiu (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, combinada amb les partícules que formen la capa, convertida en gas (un compost volàtil) i alliberada.
Tot i que els radicals lliures tenen característiques isotròpiques, les molècules que formen la superfície inferior (la força d'unió de la qual s'afebleix per l'atac dels cations) són capturades pels radicals lliures i convertides en nous compostos més fàcilment que les parets laterals amb una forta força d'unió. Per tant, el gravat descendent esdevé el corrent principal. Les partícules capturades es converteixen en gas amb radicals lliures, que es desorbeixen i s'alliberen de la superfície sota l'acció del buit.
En aquest moment, els cations obtinguts per acció física i els radicals lliures obtinguts per acció química es combinen per al gravat físic i químic, i la velocitat de gravat (Etch Rate, el grau de gravat en un cert període de temps) augmenta 10 vegades en comparació amb el cas del gravat catiònic o del gravat de radicals lliures sol. Aquest mètode no només pot augmentar la velocitat de gravat del gravat anisotròpic descendent, 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 font de plasma adequat per gravar la pel·lícula. Nota: El gravat de plasma és el gravat RIE, i els dos es poden considerar com el mateix concepte.
4. Taxa de gravat i índex de rendiment del nucli
Figura 4. Índex de rendiment del gravat del nucli relacionat amb la velocitat de gravat
La velocitat de gravat fa referència a la profunditat de la pel·lícula que s'espera assolir en un minut. Aleshores, què vol dir que la velocitat de gravat varia d'una peça a una altra en una sola oblia?
Això significa que la profunditat de gravat varia d'una part a una altra de l'oblea. Per aquest motiu, és molt important establir el punt final (EOP) on s'ha d'aturar el gravat tenint en compte la velocitat de gravat mitjana i la profunditat de gravat. Fins i tot si s'estableix l'EOP, encara hi ha algunes zones on la profunditat de gravat és més profunda (sobregravat) o menys profunda (infragravat) del que es va planejar originalment. Tanmateix, el subgravat causa més danys que el sobregravat durant el gravat. Perquè en el cas del subgravat, la part subgravada dificultarà processos posteriors com la implantació d'ions.
Mentrestant, la selectivitat (mesurada per la velocitat de gravat) és un indicador clau del 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 de fotorresina, pel·lícula d'òxid, pel·lícula de nitrur de silici, etc.) i la capa objectiu. Això significa que com més alta sigui la selectivitat, més ràpid es gravarà la capa objectiu. Com més alt sigui el nivell de miniaturització, més alt serà el requisit de selectivitat per garantir que es puguin presentar perfectament patrons fins. 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 de RIE.
5. Procés de gravat
Figura 5. Procés de gravat
Primer, l'oblia 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'oblia mitjançant un mètode sec. A continuació, s'inicia el procés de deposició per formar una capa de silici o una capa conductora sobre 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 dur a terme un procés de difusió d'impureses per augmentar la conductivitat si cal. Durant el procés de difusió d'impureses, sovint s'afegeixen múltiples impureses repetidament.
En aquest moment, s'han de combinar la capa aïllant i la capa de polisilici per al gravat. Primer, s'utilitza una fotoresistència. Posteriorment, es col·loca una màscara sobre la pel·lícula de fotoresistència i es realitza una exposició humida per immersió per imprimir el patró desitjat (invisible a simple vista) a la pel·lícula de fotoresistència. Quan el contorn del patró es revela mitjançant el revelat, es retira la fotoresistència de la zona fotosensible. A continuació, l'oblea processada pel procés de fotolitografia es transfereix al procés de gravat per al gravat en sec.
El gravat en sec es duu a terme principalment mitjançant gravat iònic reactiu (RIE), en què el gravat es repeteix principalment substituint el gas font adequat per a cada pel·lícula. Tant el gravat en sec com el gravat 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 al fons del forat (l'espai format pel gravat). El punt important és que totes les variables (com ara materials, gas font, temps, forma i seqüència) s'han d'ajustar orgànicament per garantir que la solució de neteja o el gas font de plasma pugui fluir fins al fons de la rasa. Un lleuger canvi en 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 capes atòmiques (ALD) s'han tornat més primes i dures. Per tant, la tecnologia de gravat s'està movent cap a l'ús de baixes temperatures i pressions. 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 el gravat tenen com a objectiu proporcionar als lectors una comprensió de la finalitat del procés de gravat, els obstacles per assolir els objectius esmentats i els indicadors de rendiment utilitzats per superar aquests obstacles.
Data de publicació: 10 de setembre de 2024