El grabado húmedo inicial impulsó el desarrollo de procesos de limpieza o incineración. Hoy en día, el grabado en seco con plasma se ha generalizado.proceso de grabadoEl plasma está compuesto de electrones, cationes y radicales. La energía aplicada al plasma provoca la extracción de los electrones más externos del gas fuente en estado neutro, convirtiéndolos así en cationes.
Además, los átomos imperfectos de las moléculas pueden eliminarse mediante la aplicación de energía para formar radicales eléctricamente neutros. El grabado en seco utiliza cationes y radicales que componen el plasma, donde los cationes son anisotrópicos (aptos para grabar en una dirección específica) y los radicales son isotrópicos (aptos para grabar en todas las direcciones). El número de radicales es mucho mayor que el de cationes. En este caso, el grabado en seco debería ser isotrópico, al igual que el grabado en húmedo.
Sin embargo, es el grabado anisotrópico del grabado en seco lo que permite la ultraminiaturización de los circuitos. ¿A qué se debe esto? Además, la velocidad de grabado de cationes y radicales es muy lenta. Entonces, ¿cómo podemos aplicar los métodos de grabado por plasma a la producción en masa ante esta deficiencia?
1. Relación de aspecto (A/R)
Figura 1. El concepto de relación de aspecto y el impacto del progreso tecnológico en él.
La relación de aspecto es la relación entre el ancho horizontal y la altura vertical (es decir, la altura dividida por el ancho). Cuanto menor sea la dimensión crítica (CD) del circuito, mayor será el valor de la relación de aspecto. Es decir, suponiendo un valor de relación de aspecto de 10 y un ancho de 10 nm, la altura del orificio perforado durante el proceso de grabado debería ser de 100 nm. Por lo tanto, para productos de nueva generación que requieren ultraminiaturización (2D) o alta densidad (3D), se requieren valores de relación de aspecto extremadamente altos para garantizar que los cationes puedan penetrar la película inferior durante el grabado.
Para lograr una tecnología de ultraminiaturización con una dimensión crítica inferior a 10 nm en productos 2D, el valor de la relación de aspecto del condensador de la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) debe mantenerse por encima de 100. De igual manera, la memoria flash NAND 3D también requiere valores de relación de aspecto más altos para apilar 256 capas o más de celdas. Incluso si se cumplen las condiciones requeridas para otros procesos, los productos requeridos no pueden producirse si...proceso de grabadoNo cumple con los estándares. Por eso, la tecnología de grabado cobra cada vez mayor importancia.
2. Descripción general del grabado de plasma
Figura 2. Determinación del gas fuente de plasma según el tipo de película
Cuando se utiliza una tubería hueca, cuanto más estrecho sea su diámetro, más fácil será la entrada de líquido, lo que se conoce como fenómeno capilar. Sin embargo, si se perfora un orificio (extremo cerrado) en la zona expuesta, la entrada del líquido se dificulta considerablemente. Por lo tanto, dado que el tamaño crítico del circuito era de 3 µm a 5 µm a mediados de la década de 1970, se...aguafuerteHa reemplazado gradualmente al grabado húmedo como método principal. Es decir, aunque ionizado, es más fácil penetrar agujeros profundos porque el volumen de una molécula es menor que el de una solución de polímero orgánico.
Durante el grabado por plasma, el interior de la cámara de procesamiento utilizada debe ajustarse al vacío antes de inyectar el gas de plasma adecuado para la capa correspondiente. Al grabar películas de óxido sólido, se deben utilizar gases de plasma a base de fluoruro de carbono más fuertes. Para películas de silicio o metal relativamente débiles, se deben utilizar gases de plasma a base de cloro.
Entonces, ¿cómo se deben grabar la capa de compuerta y la capa aislante de dióxido de silicio (SiO2) subyacente?
En primer lugar, para la capa de compuerta, se debe eliminar el silicio mediante un plasma a base de cloro (silicio + cloro) con selectividad de grabado de polisilicio. Para la capa aislante inferior, la película de dióxido de silicio se debe grabar en dos pasos utilizando un gas de fuente de plasma a base de fluoruro de carbono (dióxido de silicio + tetrafluoruro de carbono) con mayor selectividad y eficacia de grabado.
3. Proceso de grabado iónico reactivo (RIE o grabado fisicoquímico)
Figura 3. Ventajas del grabado iónico reactivo (anisotropía y alta tasa de grabado)
El plasma contiene radicales libres isotrópicos y cationes anisotrópicos, entonces ¿cómo realiza el grabado anisotrópico?
El grabado en seco con plasma se realiza principalmente mediante grabado iónico reactivo (RIE, Reactive Ion Etching) o aplicaciones basadas en este método. La clave del método RIE reside en debilitar la fuerza de unión entre las moléculas objetivo de la película atacando la zona de grabado con cationes anisotrópicos. La zona debilitada es absorbida por radicales libres, se combina con las partículas que componen la capa, se convierte en gas (un compuesto volátil) y se libera.
Aunque los radicales libres tienen características isotrópicas, las moléculas que conforman la superficie inferior (cuya fuerza de unión se debilita por el ataque de cationes) son capturadas con mayor facilidad por radicales libres y convertidas en nuevos compuestos que las paredes laterales con una fuerte fuerza de unión. Por lo tanto, el grabado descendente se convierte en la práctica habitual. Las partículas capturadas se convierten en gas con radicales libres, que se desorben y liberan de la superficie bajo la acción del vacío.
En este momento, los cationes obtenidos por acción física y los radicales libres obtenidos por acción química se combinan para el grabado físico y químico, y la velocidad de grabado (velocidad de grabado, el grado de grabado en un período de tiempo determinado) se incrementa en 10 veces en comparación con el caso del grabado catiónico o el grabado por radicales libres solos. Este método no solo puede aumentar la velocidad de grabado del grabado descendente anisotrópico, sino que también resuelve el problema del residuo de polímero después del grabado. Este método se llama grabado iónico reactivo (RIE). La clave para el éxito del grabado RIE es encontrar un gas de fuente de plasma adecuado para grabar la película. Nota: El grabado por plasma es grabado RIE, y los dos pueden considerarse el mismo concepto.
4. Índice de velocidad de grabado y rendimiento del núcleo
Figura 4. Índice de rendimiento del grabado del núcleo relacionado con la velocidad de grabado
La velocidad de grabado se refiere a la profundidad de película que se espera alcanzar en un minuto. Entonces, ¿qué significa que la velocidad de grabado varíe entre las piezas de una misma oblea?
Esto significa que la profundidad del grabado varía según la pieza de la oblea. Por ello, es fundamental establecer el punto final (EOP) donde debe detenerse el grabado, considerando la velocidad y la profundidad promedio de grabado. Incluso con el EOP establecido, existen áreas donde la profundidad del grabado es mayor (sobregrabado) o menor (subgrabado) de lo previsto inicialmente. Sin embargo, el subgrabado causa más daños que el sobregrabado durante el grabado, ya que, en caso de subgrabado, la pieza subgrabada dificultará procesos posteriores, como la implantación de iones.
Mientras tanto, la selectividad (medida por la velocidad de grabado) es un indicador clave del rendimiento del proceso de grabado. El estándar de medición se basa en la comparación de la velocidad de grabado de la capa de máscara (película fotorresistente, película de óxido, película de nitruro de silicio, etc.) y la capa objetivo. Esto significa que a mayor selectividad, más rápido se graba la capa objetivo. A mayor nivel de miniaturización, mayor es el requisito de selectividad para garantizar la perfecta presentación de patrones finos. Dado que la dirección de grabado es recta, la selectividad del grabado catiónico es baja, mientras que la del grabado radical es alta, lo que mejora la selectividad del RIE.
5. Proceso de grabado
Figura 5. Proceso de grabado
Primero, la oblea se coloca en un horno de oxidación a una temperatura que se mantiene entre 800 y 1000 °C. Posteriormente, se forma una película de dióxido de silicio (SiO₂) con altas propiedades aislantes sobre su superficie mediante un método en seco. A continuación, se introduce el proceso de deposición para formar una capa de silicio o una capa conductora sobre la película de óxido mediante deposición química en fase de vapor (CVD) o deposición física en fase de vapor (PVD). Si se forma una capa de silicio, se puede realizar un proceso de difusión de impurezas para aumentar la conductividad si es necesario. Durante el proceso de difusión de impurezas, suelen añadirse múltiples impurezas repetidamente.
En este momento, la capa aislante y la capa de polisilicio deben combinarse para el grabado. Primero, se utiliza una película fotorresistente. Posteriormente, se coloca una máscara sobre la película fotorresistente y se realiza una exposición húmeda por inmersión para imprimir el patrón deseado (invisible a simple vista) en la película. Cuando el contorno del patrón se revela durante el revelado, se retira la película fotorresistente de la zona fotosensible. A continuación, la oblea procesada mediante el proceso de fotolitografía se transfiere al proceso de grabado para su grabado en seco.
El grabado en seco se realiza principalmente mediante grabado iónico reactivo (RIE), en el que el grabado se repite principalmente reemplazando el gas fuente adecuado para cada película. Tanto el grabado en seco como el grabado húmedo tienen como objetivo aumentar la relación de aspecto (valor A/R) del grabado. Además, se requiere una limpieza regular para eliminar el polímero acumulado en el fondo del orificio (el espacio formado por el grabado). El punto importante es que todas las variables (como materiales, gas fuente, tiempo, forma y secuencia) deben ajustarse orgánicamente para garantizar que la solución de limpieza o el gas fuente de plasma puedan fluir hasta el fondo de la zanja. Un ligero cambio en una variable requiere el recálculo de otras variables, y este proceso de recálculo se repite hasta que se cumpla el propósito de cada etapa. Recientemente, las capas monoatómicas, como las capas de deposición de capas atómicas (ALD), se han vuelto más delgadas y duras. Por lo tanto, la tecnología de grabado está avanzando hacia el uso de bajas temperaturas y presiones. El proceso de grabado busca controlar la dimensión crítica (CD) para producir patrones finos y evitar los problemas causados por el proceso, especialmente el grabado insuficiente y los problemas relacionados con la eliminación de residuos. Los dos artículos anteriores sobre grabado buscan brindar a los lectores una comprensión del propósito del proceso, los obstáculos para alcanzar los objetivos mencionados y los indicadores de rendimiento utilizados para superarlos.
Hora de publicación: 10 de septiembre de 2024