Gravarea umedă timpurie a promovat dezvoltarea proceselor de curățare sau de incinerare. Astăzi, gravarea uscată cu plasmă a devenit principala metodă.procesul de gravarePlasma este alcătuită din electroni, cationi și radicali. Energia aplicată plasmei determină îndepărtarea electronilor cei mai exteriori ai gazului sursă aflat în stare neutră, transformând astfel acești electroni în cationi.
În plus, atomii imperfecți din molecule pot fi eliminați prin aplicarea de energie pentru a forma radicali neutri din punct de vedere electric. Gravarea uscată utilizează cationi și radicali care alcătuiesc plasma, unde cationii sunt anizotropi (potriviți pentru gravare într-o anumită direcție), iar radicalii sunt izotropi (potriviți pentru gravare în toate direcțiile). Numărul de radicali este mult mai mare decât numărul de cationi. În acest caz, gravarea uscată ar trebui să fie izotropă, la fel ca gravarea umedă.
Totuși, gravarea anizotropă a gravării uscate este cea care face posibile circuitele ultraminiaturizate. Care este motivul pentru aceasta? În plus, viteza de gravare a cationilor și radicalilor este foarte lentă. Deci, cum putem aplica metodele de gravare cu plasmă la producția de masă, având în vedere acest neajuns?
1. Raport de aspect (A/R)
Figura 1. Conceptul de raport de aspect și impactul progresului tehnologic asupra acestuia
Raportul de aspect este raportul dintre lățimea orizontală și înălțimea verticală (adică înălțimea împărțită la lățime). Cu cât dimensiunea critică (CD) a circuitului este mai mică, cu atât valoarea raportului de aspect este mai mare. Adică, presupunând o valoare a raportului de aspect de 10 și o lățime de 10 nm, înălțimea găurii perforate în timpul procesului de gravare ar trebui să fie de 100 nm. Prin urmare, pentru produsele de generație următoare care necesită ultra-miniaturizare (2D) sau densitate mare (3D), sunt necesare valori extrem de mari ale raportului de aspect pentru a se asigura că cationii pot pătrunde în pelicula inferioară în timpul gravării.
Pentru a obține o tehnologie de ultra-miniaturizare cu o dimensiune critică mai mică de 10 nm în produse 2D, valoarea raportului de aspect al condensatorului memoriei dinamice cu acces aleatoriu (DRAM) trebuie menținută peste 100. În mod similar, memoria flash 3D NAND necesită, de asemenea, valori mai mari ale raportului de aspect pentru a stivui 256 sau mai multe straturi de celule. Chiar dacă sunt îndeplinite condițiile necesare pentru alte procese, produsele necesare nu pot fi produse dacă...procesul de gravarenu este la standarde. De aceea, tehnologia de gravare devine din ce în ce mai importantă.
2. Prezentare generală a gravării cu plasmă
Figura 2. Determinarea gazului sursă de plasmă în funcție de tipul de film
Când se utilizează o țeavă goală, cu cât diametrul țevii este mai îngust, cu atât lichidul poate pătrunde mai ușor, fenomen numit capilaritate. Totuși, dacă se găurește o gaură (capăt închis) în zona expusă, alimentarea cu lichid devine destul de dificilă. Prin urmare, deoarece dimensiunea critică a circuitului era de 3 µm până la 5 µm la mijlocul anilor 1970,gravarea înlocuit treptat gravarea umedă ca metodă principală. Adică, deși ionizată, este mai ușor să penetreze găuri adânci deoarece volumul unei singure molecule este mai mic decât cel al unei molecule de soluție de polimer organic.
În timpul gravării cu plasmă, interiorul camerei de procesare utilizată pentru gravare trebuie ajustat la o stare de vid înainte de injectarea gazului sursă de plasmă adecvat stratului relevant. La gravarea peliculelor de oxid solid, trebuie utilizate gaze sursă pe bază de fluorură de carbon mai puternice. Pentru peliculele de siliciu sau metal relativ slabe, trebuie utilizate gaze sursă de plasmă pe bază de clor.
Deci, cum ar trebui gravate stratul de poartă și stratul izolator de dioxid de siliciu (SiO2) care stau la baza acestuia?
În primul rând, pentru stratul de poartă, siliciul trebuie îndepărtat folosind o plasmă pe bază de clor (siliciu + clor) cu selectivitate de gravare cu polisiliciu. Pentru stratul izolator inferior, pelicula de dioxid de siliciu trebuie gravată în doi pași folosind un gaz sursă de plasmă pe bază de fluorură de carbon (dioxid de siliciu + tetrafluorură de carbon) cu o selectivitate și o eficacitate de gravare mai puternice.
3. Procesul de gravare cu ioni reactivi (RIE sau gravare fizico-chimică)
Figura 3. Avantajele coroziunii cu ioni reactivi (anizotropie și rată mare de corodare)
Plasma conține atât radicali liberi izotropi, cât și cationi anizotropi, așadar cum realizează gravarea anizotropă?
Gravarea uscată cu plasmă se realizează în principal prin gravare cu ioni reactivi (RIE, Reactive Ion Etching) sau prin aplicații bazate pe această metodă. Nucleul metodei RIE constă în slăbirea forței de legătură dintre moleculele țintă din film prin atacarea zonei de gravare cu cationi anizotropi. Zona slăbită este absorbită de radicalii liberi, combinată cu particulele care alcătuiesc stratul, transformată în gaz (un compus volatil) și eliberată.
Deși radicalii liberi au caracteristici izotrope, moleculele care alcătuiesc suprafața inferioară (a căror forță de legare este slăbită de atacul cationilor) sunt mai ușor captate de radicalii liberi și convertite în compuși noi decât pereții laterali cu forță de legare puternică. Prin urmare, corodarea descendentă devine curentul principal. Particulele captate devin gaz cu radicali liberi, care sunt desorbiți și eliberați de la suprafață sub acțiunea vidului.
În acest moment, cationii obținuți prin acțiune fizică și radicalii liberi obținuți prin acțiune chimică sunt combinați pentru gravare fizică și chimică, iar rata de gravare (rata de gravare, gradul de gravare într-o anumită perioadă de timp) este crescută de 10 ori în comparație cu cazul gravării cationice sau al gravării cu radicali liberi singuri. Această metodă nu numai că poate crește rata de gravare a gravării anizotrope descendente, dar poate rezolva și problema reziduurilor de polimer după gravare. Această metodă se numește gravare cu ioni reactivi (RIE). Cheia succesului gravării RIE este găsirea unui gaz sursă de plasmă adecvat pentru gravarea peliculei. Notă: Gravarea cu plasmă este gravarea RIE, iar cele două pot fi considerate același concept.
4. Rata de gravare și indicele de performanță al miezului
Figura 4. Indicele de performanță a gravării miezului în raport cu rata de gravare
Rata de gravare se referă la adâncimea peliculei care se așteaptă să fie atinsă într-un minut. Deci, ce înseamnă că rata de gravare variază de la o piesă la alta pe o singură placă?
Aceasta înseamnă că adâncimea de gravare variază de la o parte la alta a plachetei. Din acest motiv, este foarte important să se stabilească punctul final (EOP) unde gravarea ar trebui să se oprească, luând în considerare rata medie de gravare și adâncimea de gravare. Chiar dacă EOP este setat, există încă unele zone în care adâncimea de gravare este mai profundă (supragravată) sau mai mică (subgravată) decât s-a planificat inițial. Cu toate acestea, subgravarea provoacă mai multe daune decât supragravarea în timpul gravării. Deoarece, în cazul subgravării, partea subgravată va împiedica procesele ulterioare, cum ar fi implantarea ionilor.
Între timp, selectivitatea (măsurată prin rata de gravare) este un indicator cheie al performanței procesului de gravare. Standardul de măsurare se bazează pe compararea ratei de gravare a stratului de mască (film fotorezist, film de oxid, film de nitrură de siliciu etc.) și a stratului țintă. Aceasta înseamnă că, cu cât selectivitatea este mai mare, cu atât stratul țintă este gravat mai rapid. Cu cât nivelul de miniaturizare este mai mare, cu atât este mai mare cerința de selectivitate pentru a asigura o reprezentare perfectă a modelelor fine. Deoarece direcția de gravare este dreaptă, selectivitatea gravării cationice este scăzută, în timp ce selectivitatea gravării radicalice este ridicată, ceea ce îmbunătățește selectivitatea RIE.
5. Procesul de gravare
Figura 5. Procesul de gravare
Mai întâi, placheta este plasată într-un cuptor de oxidare cu o temperatură menținută între 800 și 1000℃, iar apoi, pe suprafața plachetei, printr-o metodă uscată, se formează o peliculă de dioxid de siliciu (SiO2) cu proprietăți izolatoare ridicate. Apoi, se inițiază procesul de depunere pentru a forma un strat de siliciu sau un strat conductiv pe pelicula de oxid prin depunere chimică de vapori (CVD)/depunere fizică de vapori (PVD). Dacă se formează un strat de siliciu, se poate efectua un proces de difuzie a impurităților pentru a crește conductivitatea, dacă este necesar. În timpul procesului de difuzie a impurităților, adesea se adaugă în mod repetat mai multe impurități.
În acest moment, stratul izolator și stratul de polisilicon trebuie combinate pentru gravare. Mai întâi, se utilizează un fotorezist. Ulterior, se plasează o mască pe pelicula de fotorezist și se efectuează expunerea umedă prin imersie pentru a imprima modelul dorit (invizibil cu ochiul liber) pe pelicula de fotorezist. Când conturul modelului este dezvăluit prin developare, fotorezistul din zona fotosensibilă este îndepărtat. Apoi, placheta procesată prin procesul de fotolitografie este transferată în procesul de gravare pentru gravare uscată.
Gravarea uscată se realizează în principal prin gravare cu ioni reactivi (RIE), în care gravarea se repetă în principal prin înlocuirea gazului sursă adecvat pentru fiecare peliculă. Atât gravarea uscată, cât și gravarea umedă au ca scop creșterea raportului de aspect (valoarea A/R) al gravării. În plus, este necesară o curățare regulată pentru a îndepărta polimerul acumulat în partea de jos a găurii (golul format prin gravare). Punctul important este că toate variabilele (cum ar fi materialele, gazul sursă, timpul, forma și secvența) ar trebui ajustate organic pentru a se asigura că soluția de curățare sau gazul sursă de plasmă poate curge în josul șanțului. O mică modificare a unei variabile necesită recalcularea altor variabile, iar acest proces de recalculare este repetat până când se îndeplinește scopul fiecărei etape. Recent, straturile monoatomice, cum ar fi straturile de depunere a stratului atomic (ALD), au devenit mai subțiri și mai dure. Prin urmare, tehnologia de gravare se îndreaptă către utilizarea temperaturilor și presiunilor scăzute. Procesul de gravare își propune să controleze dimensiunea critică (CD) pentru a produce modele fine și a se asigura că sunt evitate problemele cauzate de procesul de gravare, în special subgravarea și problemele legate de îndepărtarea reziduurilor. Cele două articole de mai sus despre gravare își propun să ofere cititorilor o înțelegere a scopului procesului de gravare, a obstacolelor în calea atingerii obiectivelor menționate mai sus și a indicatorilor de performanță utilizați pentru depășirea acestor obstacole.
Data publicării: 10 septembrie 2024