Os primeiros processos de corrosão úmida impulsionaram o desenvolvimento de processos de limpeza ou remoção de resíduos. Hoje, a corrosão seca por plasma tornou-se o método predominante.processo de corrosãoO plasma é composto por elétrons, cátions e radicais. A energia aplicada ao plasma faz com que os elétrons mais externos do gás de origem, em estado neutro, sejam removidos, convertendo-os em cátions.
Além disso, átomos imperfeitos em moléculas podem ser removidos aplicando-se energia para formar radicais eletricamente neutros. A corrosão seca utiliza cátions e radicais que compõem o plasma, onde os cátions são anisotrópicos (adequados para corrosão em uma determinada direção) e os radicais são isotrópicos (adequados para corrosão em todas as direções). O número de radicais é muito maior que o número de cátions. Nesse caso, a corrosão seca deve ser isotrópica, assim como a corrosão úmida.
No entanto, é a corrosão anisotrópica da corrosão seca que torna possível a fabricação de circuitos ultraminiaturizados. Qual a razão para isso? Além disso, a velocidade de corrosão de cátions e radicais é muito lenta. Então, como podemos aplicar os métodos de corrosão por plasma à produção em massa diante dessa limitação?
1. Proporção de aspecto (A/R)
Figura 1. O conceito de proporção e o impacto do progresso tecnológico sobre ele.
A relação de aspecto é a razão entre a largura horizontal e a altura vertical (ou seja, a altura dividida pela largura). Quanto menor a dimensão crítica (CD) do circuito, maior o valor da relação de aspecto. Isto é, assumindo uma relação de aspecto de 10 e uma largura de 10 nm, a altura do orifício perfurado durante o processo de corrosão deve ser de 100 nm. Portanto, para produtos de próxima geração que exigem ultraminiaturização (2D) ou alta densidade (3D), são necessários valores de relação de aspecto extremamente altos para garantir que os cátions possam penetrar na camada inferior durante a corrosão.
Para alcançar a tecnologia de ultraminiaturização com uma dimensão crítica inferior a 10 nm em produtos 2D, o valor da relação de aspecto do capacitor da memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM) deve ser mantido acima de 100. Da mesma forma, a memória flash NAND 3D também requer valores de relação de aspecto mais altos para empilhar 256 ou mais camadas de células. Mesmo que as condições necessárias para outros processos sejam atendidas, os produtos necessários não podem ser produzidos se...processo de corrosãoNão está à altura dos padrões. É por isso que a tecnologia de corrosão está se tornando cada vez mais importante.
2. Visão geral da gravação a plasma
Figura 2. Determinação do gás de fonte de plasma de acordo com o tipo de filme.
Quando se utiliza um tubo oco, quanto menor o diâmetro do tubo, mais fácil é a entrada do líquido, fenômeno conhecido como capilaridade. No entanto, se for feito um furo (extremidade fechada) na área exposta, a entrada do líquido torna-se bastante difícil. Portanto, como a dimensão crítica do circuito era de 3 µm a 5 µm em meados da década de 1970, o uso de tubos secos era preferível.gravuragradualmente substituiu a corrosão úmida como método principal. Isso porque, embora ionizada, a ionização facilita a penetração em orifícios profundos, já que o volume de uma única molécula é menor do que o de uma molécula de solução de polímero orgânico.
Durante a gravação a plasma, o interior da câmara de processamento utilizada para a gravação deve ser ajustado ao vácuo antes da injeção do gás de plasma adequado para a camada em questão. Ao gravar filmes de óxido sólido, devem ser utilizados gases de plasma mais fortes, à base de fluoreto de carbono. Para filmes de silício ou metal relativamente frágeis, devem ser utilizados gases de plasma à base de cloro.
Então, como devem ser gravadas a camada de porta e a camada isolante subjacente de dióxido de silício (SiO2)?
Primeiramente, para a camada de porta, o silício deve ser removido utilizando um plasma à base de cloro (silício + cloro) com seletividade de gravação de polisilício. Para a camada isolante inferior, o filme de dióxido de silício deve ser gravado em duas etapas utilizando um gás de plasma à base de fluoreto de carbono (dióxido de silício + tetrafluoreto de carbono) com maior seletividade e eficácia de gravação.
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 meio de gravação iônica reativa (RIE, Reactive Ion Etching) ou aplicações baseadas nesse método. O princípio fundamental 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 por radicais livres, que se combinam com as partículas que compõem a camada, convertendo-se em gás (um composto volátil) e liberando-o.
Embora os radicais livres possuam características isotrópicas, as moléculas que compõem a superfície inferior (cuja força de ligação é enfraquecida pelo ataque de cátions) são mais facilmente capturadas por radicais livres e convertidas em novos compostos do que as moléculas das paredes laterais, que possuem forte força de ligação. Portanto, a corrosão descendente torna-se o método predominante. As partículas capturadas se transformam 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 a corrosão física e química, e a taxa de corrosão (Taxa de Corrosão, o grau de corrosão em um determinado período de tempo) aumenta em 10 vezes em comparação com a corrosão catiônica ou a corrosão por radicais livres isoladamente. Este método não só aumenta a taxa de corrosão anisotrópica descendente, como também resolve o problema do resíduo de polímero após a corrosão. Este método é chamado de corrosão iônica reativa (RIE). A chave para o sucesso da corrosão RIE é encontrar um gás de fonte de plasma adequado para corroer o filme. Nota: A corrosão por plasma é a corrosão RIE, e as duas podem ser consideradas o mesmo conceito.
4. Taxa de corrosão e índice de desempenho do núcleo
Figura 4. Índice de desempenho de corrosão do núcleo relacionado à taxa de corrosão.
A taxa de corrosão refere-se à profundidade da película que se espera atingir em um minuto. Então, o que significa que a taxa de corrosão varia de componente para componente em um mesmo wafer?
Isso significa que a profundidade de corrosão varia de parte para parte no wafer. Por esse motivo, é muito importante definir o ponto final (EOP), onde a corrosão deve parar, considerando a taxa média de corrosão e a profundidade de corrosão. Mesmo com o EOP definido, ainda existem áreas onde a profundidade de corrosão é maior (corrosão excessiva) ou menor (corrosão insuficiente) do que o planejado inicialmente. No entanto, a corrosão insuficiente causa mais danos do que a corrosão excessiva durante o processo de corrosão, pois, nesse caso, a área corroída prejudica processos subsequentes, como a implantação iônica.
Entretanto, a seletividade (medida pela taxa de corrosão) é um indicador-chave de desempenho do processo de corrosão. O padrão de medição baseia-se na comparação da taxa de corrosão da camada de máscara (filme de fotorresistente, filme de óxido, filme de nitreto de silício, etc.) e da camada alvo. Isso significa que quanto maior a seletividade, mais rápida é a corrosão da camada alvo. Quanto maior o nível de miniaturização, maior a exigência de seletividade para garantir que padrões finos possam ser perfeitamente reproduzidos. Como a direção da corrosão é reta, a seletividade da corrosão catiônica é baixa, enquanto a seletividade da corrosão radical é alta, o que melhora a seletividade da corrosão iônica reativa (RIE).
5. Processo de corrosão
Figura 5. Processo de corrosão
Primeiramente, o wafer é colocado em um forno de oxidação com temperatura mantida entre 800 e 1000 °C, e então uma película de dióxido de silício (SiO₂) com altas propriedades isolantes é formada na superfície do wafer por um método a seco. Em seguida, inicia-se o processo de deposição para formar uma camada de silício ou uma camada condutora sobre a película de óxido por deposição química de vapor (CVD)/deposição física de vapor (PVD). Caso uma camada de silício seja formada, 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 polisilício devem ser unidas para a gravação. Primeiro, utiliza-se um fotorresiste. Em seguida, uma máscara é colocada sobre o filme de fotorresiste e a exposição úmida é realizada por imersão para imprimir o padrão desejado (invisível a olho nu) no filme de fotorresiste. Quando o contorno do padrão é revelado pela revelação, o fotorresiste na área fotossensível é removido. Então, o wafer processado pelo processo de fotolitografia é transferido para o processo de gravação a seco.
A gravação a seco é realizada principalmente por gravação iônica reativa (RIE), na qual a gravação é repetida principalmente pela substituição do gás de origem adequado para cada filme. Tanto a gravação a seco quanto a gravação úmida visam aumentar a relação de aspecto (valor A/R) da gravação. Além disso, é necessária uma limpeza regular para remover o polímero acumulado no fundo do orifício (o espaço formado pela gravação). O ponto importante é que todas as variáveis (como materiais, gás de origem, tempo, forma e sequência) devem ser ajustadas organicamente para garantir que a solução de limpeza ou o gás de plasma possam fluir até o fundo da cavidade. Uma pequena alteração em uma variável requer o recálculo de outras variáveis, e esse processo de recálculo é repetido até que o objetivo de cada etapa seja alcançado. Recentemente, camadas monoatômicas, como as depositadas por camada atômica (ALD), tornaram-se mais finas e resistentes. Portanto, a tecnologia de gravação está caminhando para o uso de baixas temperaturas e pressões. O processo de corrosão visa controlar a dimensão crítica (CD) para produzir padrões finos e garantir que os problemas causados pelo processo de corrosão sejam evitados, especialmente a corrosão incompleta e problemas relacionados à remoção de resíduos. Os dois artigos acima sobre corrosão têm como objetivo proporcionar aos leitores uma compreensão da finalidade do processo de corrosão, dos obstáculos para atingir os objetivos mencionados e dos indicadores de desempenho utilizados para superar tais obstáculos.
Data da publicação: 10 de setembro de 2024