A gravação a úmido inicial promoveu o desenvolvimento de processos de limpeza ou incineração. Hoje, a gravação a seco com plasma tornou-se a principal técnicaprocesso de gravaçãoO plasma é composto por elétrons, cátions e radicais. A energia aplicada ao plasma faz com que os elétrons mais externos do gás fonte, em estado neutro, sejam removidos, convertendo-os em cátions.
Além disso, átomos imperfeitos em moléculas podem ser removidos pela aplicação de energia para formar radicais eletricamente neutros. A corrosão a seco 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 do que o número de cátions. Nesse caso, a corrosão a seco deve ser isotrópica, assim como a corrosão úmida.
No entanto, é a corrosão anisotrópica da corrosão a seco que torna os circuitos ultraminiaturizados possíveis. Qual a razão para isso? Além disso, a velocidade de corrosão de cátions e radicais é muito lenta. Então, como podemos aplicar métodos de corrosão a plasma à produção em massa diante dessa deficiência?
1. Proporção da tela (A/R)
Figura 1. O conceito de proporção de aspecto e o impacto do progresso tecnológico sobre ele
A razão de aspecto é a razão entre a largura horizontal e a altura vertical (ou seja, altura dividida pela largura). Quanto menor a dimensão crítica (DC) do circuito, maior o valor da razão de aspecto. Ou seja, assumindo um valor de razão de aspecto de 10 e uma largura de 10 nm, a altura do furo perfurado durante o processo de corrosão deve ser de 100 nm. Portanto, para produtos de próxima geração que requerem ultraminiaturização (2D) ou alta densidade (3D), valores de razão de aspecto extremamente altos são necessários para garantir que os cátions possam penetrar no filme inferior durante a corrosão.
Para alcançar a tecnologia de ultraminiaturização com uma dimensão crítica inferior a 10 nm em produtos 2D, o valor da razão de aspecto do capacitor da memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM) deve ser mantido acima de 100. Da mesma forma, a memória flash NAND 3D também requer valores de razão de aspecto mais altos para empilhar 256 camadas ou mais de camadas de empilhamento de células. Mesmo que as condições exigidas para outros processos sejam atendidas, os produtos necessários não podem ser produzidos seprocesso de gravaçãonão está de acordo com o padrão. É por isso que a tecnologia de gravação está se tornando cada vez mais importante.
2. Visão geral da gravação de plasma
Figura 2. Determinação do gás 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, o que é o chamado fenômeno capilar. No entanto, se for necessário perfurar um furo (extremidade fechada) na área exposta, a entrada do líquido torna-se bastante difícil. Portanto, como o tamanho crítico do circuito era de 3 µm a 5 µm em meados da década de 1970, a secogravurasubstituiu gradualmente a corrosão úmida como a principal técnica. Ou seja, embora ionizada, é mais fácil penetrar em orifícios profundos porque 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 para um estado de vácuo antes da injeção do gás de fonte de plasma adequado para a camada em questão. Ao gravar filmes de óxido sólido, devem ser utilizados gases de fonte mais fortes à base de fluoreto de carbono. Para filmes de silício ou metal relativamente fracos, devem ser utilizados gases de fonte de plasma à base de cloro.
Então, como a camada de porta e a camada isolante subjacente de dióxido de silício (SiO2) devem ser gravadas?
Primeiramente, para a camada de porta, o silício deve ser removido usando um plasma à base de cloro (silício + cloro) com seletividade de corrosão por polissilício. Para a camada isolante inferior, o filme de dióxido de silício deve ser corroído em duas etapas usando um gás de fonte de plasma à base de fluoreto de carbono (dióxido de silício + tetrafluoreto de carbono) com maior seletividade e eficácia de corrosão.
3. Processo de corrosão iônica reativa (RIE ou corrosão físico-química)
Figura 3. Vantagens da corrosão iônica reativa (anisotropia e alta taxa de corrosão)
O plasma contém radicais livres isotrópicos e cátions anisotrópicos, então como ele realiza a corrosão anisotrópica?
A corrosão a plasma a seco é realizada principalmente por corrosão iônica reativa (RIE, Reactive Ion Etching) ou aplicações baseadas neste método. O cerne do método RIE é enfraquecer a força de ligação entre as moléculas-alvo no filme, atacando a área de corrosão com cátions anisotrópicos. A área enfraquecida é absorvida por radicais livres, combinada com as partículas que compõem a camada, convertida em gás (um composto volátil) e liberada.
Embora os radicais livres tenham características isotrópicas, as moléculas que compõem a superfície inferior (cuja força de ligação é enfraquecida pelo ataque de cátions) são mais facilmente capturadas pelos radicais livres e convertidas em novos compostos do que as paredes laterais com forte força de ligação. Portanto, a corrosão descendente se torna a principal tendência. 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 corrosão física e química, e a taxa de corrosão (Taxa de Corrosão, o grau de corrosão em um determinado período de tempo) é aumentada em 10 vezes em comparação com o caso de corrosão catiônica ou corrosão por radicais livres isoladamente. Este método pode não apenas aumentar a taxa de corrosão da corrosão anisotrópica descendente, mas também resolver o problema de resíduos de polímero após a corrosão. Este método é chamado de corrosão iônica reativa (RIE). A chave para o sucesso da corrosão RIE é encontrar uma fonte de gás de plasma adequada para a corrosão do filme. Nota: A corrosão por plasma é corrosão RIE, e os dois podem ser considerados 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 do filme que se espera atingir em um minuto. Então, o que significa que a taxa de corrosão varia de peça para peça em um único wafer?
Isso significa que a profundidade da corrosão varia de peça para peça 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 da corrosão. Mesmo que o EOP seja definido, ainda existem algumas áreas onde a profundidade da corrosão é mais profunda (sobre-cortada) ou mais rasa (sub-cortada) do que o planejado originalmente. No entanto, a sub-cortada causa mais danos do que a sobre-cortada durante a corrosão. Isso porque, no caso de sub-cortada, a parte sub-cortada dificultará processos subsequentes, como a implantação iônica.
Enquanto isso, a seletividade (medida pela taxa de ataque) é um indicador-chave de desempenho do processo de ataque. O padrão de medição baseia-se na comparação da taxa de ataque da camada de máscara (filme fotorresistente, filme de óxido, filme de nitreto de silício, etc.) e da camada alvo. Isso significa que quanto maior a seletividade, mais rápida a camada alvo é atacada. Quanto maior o nível de miniaturização, maior o requisito de seletividade para garantir que padrões finos possam ser perfeitamente apresentados. Como a direção de ataque é reta, a seletividade do ataque catiônico é baixa, enquanto a seletividade do ataque radicalar é alta, o que melhora a seletividade do RIE.
5. Processo de gravação
Figura 5. Processo de gravação
Primeiramente, o wafer é colocado em um forno de oxidação com temperatura mantida entre 800 e 1000°C, e então um filme de dióxido de silício (SiO₂) com altas propriedades isolantes é formado na superfície do wafer por via seca. Em seguida, inicia-se o processo de deposição para formar uma camada de silício ou uma camada condutora sobre o filme de óxido por deposição química de vapor (CVD)/deposição física de vapor (PVD). Se uma camada de silício for 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 polissilício devem ser combinadas para a gravação. Primeiramente, utiliza-se uma fotorresistência. Em seguida, uma máscara é colocada sobre o filme fotorresistente e a exposição úmida é realizada por imersão para imprimir o padrão desejado (invisível a olho nu) no filme fotorresistente. Quando o contorno do padrão é revelado pela revelação, a fotorresistência na área fotossensível é removida. Em seguida, a lâmina processada pelo processo de fotolitografia é transferida para o processo de gravação para gravação a seco.
A corrosão a seco é realizada principalmente por corrosão iônica reativa (RIE), na qual a corrosão é repetida principalmente pela substituição do gás fonte adequado para cada filme. Tanto a corrosão a seco quanto a corrosão úmida visam aumentar a razão de aspecto (valor A/R) da corrosão. Além disso, a limpeza regular é necessária para remover o polímero acumulado no fundo do furo (a lacuna formada pela corrosão). O ponto importante é que todas as variáveis (como materiais, gás fonte, tempo, forma e sequência) devem ser ajustadas organicamente para garantir que a solução de limpeza ou o gás fonte de plasma possa fluir para o fundo da trincheira. Uma ligeira alteração em uma variável requer o recálculo de outras variáveis, e esse processo de recálculo é repetido até que atenda ao propósito de cada estágio. Recentemente, camadas monoatômicas, como camadas de deposição de camada atômica (ALD), tornaram-se mais finas e duras. Portanto, a tecnologia de corrosão está se movendo em direção ao uso de baixas temperaturas e pressões. O processo de corrosão visa controlar a dimensão crítica (DC) para produzir padrões finos e garantir que os problemas causados pelo processo sejam evitados, especialmente a subdestruição e problemas relacionados à remoção de resíduos. Os dois artigos acima sobre corrosão visam fornecer aos leitores uma compreensão do propósito do processo de corrosão, dos obstáculos para atingir os objetivos mencionados e dos indicadores de desempenho utilizados para superá-los.
Horário da publicação: 10 de setembro de 2024