Os primeiros procesos de gravado húmido promoveron o desenvolvemento de procesos de limpeza ou cinzación. Hoxe en día, o gravado seco con plasma converteuse na tendencia dominante.proceso de gravadoO plasma está composto por electróns, catións e radicais. A enerxía aplicada ao plasma fai que os electróns máis externos do gas fonte en estado neutro sexan eliminados, convertendo así estes electróns en catións.
Ademais, os átomos imperfectos das moléculas pódense eliminar aplicando enerxía para formar radicais electricamente neutros. O gravado seco utiliza catións e radicais que compoñen o plasma, onde os catións son anisotrópicos (adecuados para o gravado nunha determinada dirección) e os radicais son isotrópicos (adecuados para o gravado en todas as direccións). O número de radicais é moito maior que o número de catións. Neste caso, o gravado seco debería ser isotrópico como o gravado húmido.
Non obstante, é o gravado anisotrópico do gravado en seco o que fai posibles os circuítos ultraminiaturizados. Cal é a razón disto? Ademais, a velocidade de gravado de catións e radicais é moi lenta. Entón, como podemos aplicar os métodos de gravado por plasma á produción en masa ante esta deficiencia?
1. Relación de aspecto (A/R)
Figura 1. O concepto de relación de aspecto e o impacto do progreso tecnolóxico nel
A relación de aspecto é a relación entre o ancho horizontal e a altura vertical (é dicir, a altura dividida polo ancho). Canto menor sexa a dimensión crítica (CD) do circuíto, maior será o valor da relación de aspecto. É dicir, supoñendo un valor de relación de aspecto de 10 e un ancho de 10 nm, a altura do orificio perforado durante o proceso de gravado debería ser de 100 nm. Polo tanto, para os produtos de próxima xeración que requiren ultraminiaturización (2D) ou alta densidade (3D), requírense valores de relación de aspecto extremadamente altos para garantir que os catións poidan penetrar na película inferior durante o gravado.
Para lograr unha tecnoloxía de ultraminiaturización cunha dimensión crítica inferior a 10 nm en produtos 2D, o valor da relación de aspecto do condensador da memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM) debe manterse por riba de 100. Do mesmo xeito, a memoria flash NAND 3D tamén require valores de relación de aspecto máis altos para apilar 256 capas ou máis de capas de apilamento de celas. Mesmo se se cumpren as condicións requiridas para outros procesos, os produtos requiridos non se poden producir seproceso de gravadonon está á altura dos estándares. É por iso que a tecnoloxía de gravado é cada vez máis importante.
2. Visión xeral do gravado por plasma
Figura 2. Determinación do gas fonte de plasma segundo o tipo de película
Cando se usa un tubo oco, canto máis estreito sexa o diámetro do tubo, máis doado será que entre o líquido, o que se coñece como fenómeno capilar. Non obstante, se se vai perforar un burato (extremo pechado) na zona exposta, a entrada do líquido faise bastante difícil. Polo tanto, dado que o tamaño crítico do circuíto era de 3 µm a 5 µm a mediados da década de 1970, en secogravadosubstituíu gradualmente o gravado húmido como corrente principal. É dicir, aínda que está ionizado, é máis doado penetrar en buratos profundos porque o volume dunha soa molécula é menor que o dunha molécula de solución de polímero orgánico.
Durante o gravado por plasma, o interior da cámara de procesamento utilizada para o gravado debe axustarse a un estado de baleiro antes de inxectar o gas fonte de plasma axeitado para a capa correspondente. Ao gravar películas de óxido sólido, deben usarse gases fonte máis fortes baseados en fluoruro de carbono. Para películas de silicio ou metal relativamente débiles, deben usarse gases fonte de plasma baseados en cloro.
Entón, como se debe gravar a capa da porta e a capa illante de dióxido de silicio (SiO2) subxacente?
En primeiro lugar, para a capa de porta, o silicio debe eliminarse usando un plasma baseado en cloro (silicio + cloro) con selectividade de gravado de polisilicio. Para a capa illante inferior, a película de dióxido de silicio debe gravarse en dous pasos usando un gas fonte de plasma baseado en fluoruro de carbono (dióxido de silicio + tetrafluoruro de carbono) con maior selectividade e eficacia de gravado.
3. Proceso de gravado iónico reactivo (RIE ou gravado fisicoquímico)
Figura 3. Vantaxes do gravado con ións reactivos (anisotropía e alta taxa de gravado)
O plasma contén radicais libres isotrópicos e catións anisotrópicos, entón como realiza o gravado anisotrópico?
O gravado seco por plasma realízase principalmente mediante gravado con ións reactivos (RIE, Reactive Ion Etching) ou aplicacións baseadas neste método. O núcleo do método RIE é debilitar a forza de unión entre as moléculas diana na película atacando a área de gravado con catións anisotrópicos. A área debilitada é absorbida polos radicais libres, combinada coas partículas que compoñen a capa, convertida en gas (un composto volátil) e liberada.
Aínda que os radicais libres teñen características isotrópicas, as moléculas que compoñen a superficie inferior (cuxa forza de unión se debilita polo ataque dos catións) son capturadas polos radicais libres e convertidas en novos compostos máis facilmente que as paredes laterais cunha forte forza de unión. Polo tanto, o gravado descendente convértese na corrente principal. As partículas capturadas convértense en gas con radicais libres, que son desorbidos e liberados da superficie baixo a acción do baleiro.
Neste momento, os catións obtidos por acción física e os radicais libres obtidos por acción química combínanse para o gravado físico e químico, e a velocidade de gravado (velocidade de gravado, o grao de gravado nun determinado período de tempo) aumenta 10 veces en comparación co caso do gravado catiónico ou do gravado por radicais libres só. Este método non só pode aumentar a velocidade de gravado do gravado anisotrópico descendente, senón que tamén pode resolver o problema dos residuos de polímeros despois do gravado. Este método chámase gravado de ións reactivos (RIE). A clave para o éxito do gravado RIE é atopar un gas fonte de plasma axeitado para gravar a película. Nota: o gravado por plasma é o gravado RIE e os dous poden considerarse o mesmo concepto.
4. Taxa de gravado e índice de rendemento do núcleo
Figura 4. Índice de rendemento de gravado do núcleo relacionado coa taxa de gravado
A velocidade de gravado refírese á profundidade da película que se espera alcanzar nun minuto. Entón, que significa que a velocidade de gravado varía dunha peza a outra nunha soa oblea?
Isto significa que a profundidade de gravado varía dunha parte a outra da oblea. Por este motivo, é moi importante establecer o punto final (EOP) onde o gravado debe deterse tendo en conta a velocidade de gravado media e a profundidade de gravado. Mesmo se se establece o EOP, aínda hai algunhas áreas onde a profundidade de gravado é máis profunda (sobregravado) ou menos profunda (infragravado) do previsto orixinalmente. Non obstante, o subgravado causa máis danos que o sobregravado durante o gravado. Porque, no caso do subgravado, a parte subgravada dificultará procesos posteriores, como a implantación de ións.
Mentres tanto, a selectividade (medida pola velocidade de gravado) é un indicador clave do rendemento do proceso de gravado. O estándar de medición baséase na comparación da velocidade de gravado da capa de máscara (película de fotorresina, película de óxido, película de nitruro de silicio, etc.) e a capa obxectivo. Isto significa que canto maior sexa a selectividade, máis rápido se gravará a capa obxectivo. Canto maior sexa o nivel de miniaturización, maior será o requisito de selectividade para garantir que se poidan presentar perfectamente patróns finos. Dado que a dirección de gravado é recta, a selectividade do gravado catiónico é baixa, mentres que a selectividade do gravado radical é alta, o que mellora a selectividade do RIE.
5. Proceso de gravado
Figura 5. Proceso de gravado
Primeiro, a oblea colócase nun forno de oxidación cunha temperatura mantida entre 800 e 1000 ℃ e, a continuación, fórmase unha película de dióxido de silicio (SiO2) con altas propiedades de illamento na superficie da oblea mediante un método seco. A continuación, iníciase o proceso de deposición para formar unha capa de silicio ou unha capa condutora na película de óxido mediante deposición química de vapor (CVD)/deposición física de vapor (PVD). Se se forma unha capa de silicio, pódese realizar un proceso de difusión de impurezas para aumentar a condutividade se é necesario. Durante o proceso de difusión de impurezas, adoitan engadirse repetidamente múltiples impurezas.
Neste momento, a capa illante e a capa de polisilicio deben combinarse para o gravado. Primeiro, úsase unha fotorresina. Posteriormente, colócase unha máscara sobre a película de fotorresina e realízase unha exposición húmida por inmersión para imprimir o patrón desexado (invisible a simple vista) na película de fotorresina. Cando o contorno do patrón se revela mediante revelado, elimínase a fotorresina na zona fotosensible. Despois, a oblea procesada polo proceso de fotolitografía transfírese ao proceso de gravado para o gravado en seco.
O gravado en seco lévase a cabo principalmente mediante gravado iónico reactivo (RIE), no que o gravado se repite principalmente substituíndo o gas fonte axeitado para cada película. Tanto o gravado en seco como o gravado húmido teñen como obxectivo aumentar a relación de aspecto (valor A/R) do gravado. Ademais, requírese unha limpeza regular para eliminar o polímero acumulado no fondo do burato (o espazo formado polo gravado). O punto importante é que todas as variables (como materiais, gas fonte, tempo, forma e secuencia) deben axustarse organicamente para garantir que a solución de limpeza ou o gas fonte de plasma poida fluír ata o fondo da gabia. Un lixeiro cambio nunha variable require o recálculo doutras variables, e este proceso de recálculo repítese ata que cumpre o propósito de cada etapa. Recentemente, as capas monoatómicas como as capas de deposición de capas atómicas (ALD) volvéronse máis delgadas e duras. Polo tanto, a tecnoloxía de gravado está a avanzar cara ao uso de baixas temperaturas e presións. O proceso de gravado ten como obxectivo controlar a dimensión crítica (CD) para producir patróns finos e garantir que se eviten os problemas causados polo proceso de gravado, especialmente o subgravado e os problemas relacionados coa eliminación de residuos. Os dous artigos anteriores sobre o gravado teñen como obxectivo proporcionar aos lectores unha comprensión do propósito do proceso de gravado, os obstáculos para acadar os obxectivos anteriores e os indicadores de rendemento utilizados para superar eses obstáculos.
Data de publicación: 10 de setembro de 2024