Una introduzione
L'incisione nel processo di fabbricazione dei circuiti integrati si divide in:
-Incisione ad umido;
-Incisione a secco.
All'inizio, l'incisione a umido era ampiamente utilizzata, ma a causa dei limiti nel controllo della larghezza della linea e nella direzionalità dell'incisione, la maggior parte dei processi dopo 3μm utilizza l'incisione a secco. L'incisione a umido viene utilizzata solo per rimuovere determinati strati di materiale speciale e pulire i residui.
L'attacco a secco si riferisce al processo di utilizzo di agenti chimici gassosi per reagire con i materiali sul wafer per incidere via la parte del materiale da rimuovere e formare prodotti di reazione volatili, che vengono poi estratti dalla camera di reazione. L'attacco chimico viene solitamente generato direttamente o indirettamente dal plasma del gas di attacco, quindi l'attacco a secco è anche chiamato attacco al plasma.
1.1 Plasma
Il plasma è un gas in uno stato debolmente ionizzato formato dalla scarica a bagliore del gas di attacco sotto l'azione di un campo elettromagnetico esterno (come quello generato da un alimentatore a radiofrequenza). Include elettroni, ioni e particelle attive neutre. Tra queste, le particelle attive possono reagire chimicamente direttamente con il materiale inciso per ottenere l'incisione, ma questa reazione chimica pura di solito avviene solo in un numero molto limitato di materiali e non è direzionale; quando gli ioni hanno una certa energia, possono essere attaccati mediante sputtering fisico diretto, ma la velocità di attacco di questa reazione fisica pura è estremamente bassa e la selettività è molto scarsa.
La maggior parte dell'attacco al plasma viene completata con la partecipazione simultanea di particelle attive e ioni. In questo processo, il bombardamento ionico ha due funzioni. Il primo consiste nel distruggere i legami atomici sulla superficie del materiale inciso, aumentando così la velocità con cui le particelle neutre reagiscono con esso; l'altro è eliminare i prodotti di reazione depositati sull'interfaccia di reazione per facilitare il contatto completo dell'agente mordenzante con la superficie del materiale inciso, in modo che l'attacco continui.
I prodotti di reazione depositati sulle pareti laterali della struttura incisa non possono essere rimossi efficacemente mediante bombardamento ionico direzionale, bloccando così l'attacco delle pareti laterali e formando un attacco anisotropo.
Secondo processo di incisione
2.1 Incisione a umido e pulizia
L'incisione a umido è una delle prime tecnologie utilizzate nella produzione di circuiti integrati. Sebbene la maggior parte dei processi di incisione a umido siano stati sostituiti dall'incisione a secco anisotropa grazie alla sua incisione isotropica, essa svolge ancora un ruolo importante nella pulizia di strati non critici di dimensioni maggiori. Soprattutto nella mordenzatura dei residui di rimozione dell'ossido e nello stripping epidermico, è più efficace ed economico della mordenzatura a secco.
Gli oggetti dell'attacco a umido includono principalmente ossido di silicio, nitruro di silicio, silicio monocristallino e silicio policristallino. L'attacco a umido dell'ossido di silicio utilizza solitamente l'acido fluoridrico (HF) come principale vettore chimico. Per migliorare la selettività, nel processo viene utilizzato acido fluoridrico diluito tamponato con fluoruro di ammonio. Per mantenere la stabilità del valore del pH è possibile aggiungere una piccola quantità di acido forte o altri elementi. L'ossido di silicio drogato si corrode più facilmente dell'ossido di silicio puro. Lo strippaggio chimico a umido viene utilizzato principalmente per rimuovere il fotoresist e la maschera dura (nitruro di silicio). L'acido fosforico caldo (H3PO4) è il principale liquido chimico utilizzato per lo stripping chimico a umido per rimuovere il nitruro di silicio e ha una buona selettività per l'ossido di silicio.
La pulizia a umido è simile all'incisione a umido e rimuove principalmente gli inquinanti sulla superficie dei wafer di silicio attraverso reazioni chimiche, tra cui particelle, materia organica, metalli e ossidi. La pulizia a umido tradizionale è il metodo chimico a umido. Sebbene il lavaggio a secco possa sostituire molti metodi di lavaggio a umido, non esiste un metodo che possa sostituire completamente il lavaggio a umido.
I prodotti chimici comunemente usati per la pulizia a umido includono acido solforico, acido cloridrico, acido fluoridrico, acido fosforico, perossido di idrogeno, idrossido di ammonio, fluoruro di ammonio, ecc. Nelle applicazioni pratiche, uno o più prodotti chimici vengono miscelati con acqua deionizzata in una certa proporzione secondo necessità per formare una soluzione detergente, come SC1, SC2, DHF, BHF, ecc.
La pulizia viene spesso utilizzata nel processo prima della deposizione della pellicola di ossido, poiché la preparazione della pellicola di ossido deve essere eseguita su una superficie del wafer di silicio assolutamente pulita. Il processo comune di pulizia dei wafer di silicio è il seguente:
2.2 Incisione a secco ae Pulizia
2.2.1 Acquaforte a secco
L'incisione a secco nel settore si riferisce principalmente all'incisione al plasma, che utilizza plasma con attività potenziata per incidere sostanze specifiche. Il sistema di apparecchiature nei processi di produzione su larga scala utilizza plasma non in equilibrio a bassa temperatura.
L'incisione al plasma utilizza principalmente due modalità di scarica: scarica accoppiata capacitiva e scarica accoppiata induttiva
Nella modalità di scarica ad accoppiamento capacitivo: il plasma viene generato e mantenuto in due condensatori a piastre parallele da un alimentatore esterno a radiofrequenza (RF). La pressione del gas è solitamente compresa tra diversi millitorr e decine di millitorr e il tasso di ionizzazione è inferiore a 10-5. Nella modalità di scarica accoppiata induttivamente: generalmente a una pressione del gas inferiore (decine di millitorr), il plasma viene generato e mantenuto dall'energia in ingresso accoppiata induttivamente. Il tasso di ionizzazione è solitamente maggiore di 10-5, quindi è anche chiamato plasma ad alta densità. Sorgenti di plasma ad alta densità possono essere ottenute anche mediante risonanza ciclotronica elettronica e scarica di onde ciclotroniche. Il plasma ad alta densità può ottimizzare la velocità di attacco e la selettività del processo di attacco riducendo al tempo stesso i danni dell'attacco controllando in modo indipendente il flusso ionico e l'energia di bombardamento ionico attraverso un alimentatore RF o microonde esterno e un alimentatore bias RF sul substrato.
Il processo di attacco a secco è il seguente: il gas di attacco viene iniettato nella camera di reazione sotto vuoto e, dopo che la pressione nella camera di reazione si è stabilizzata, il plasma viene generato mediante scarica a bagliore a radiofrequenza; dopo essere stato colpito da elettroni ad alta velocità, si decompone producendo radicali liberi, che si diffondono sulla superficie del substrato e vengono adsorbiti. Sotto l'azione del bombardamento ionico, i radicali liberi adsorbiti reagiscono con gli atomi o le molecole sulla superficie del substrato per formare sottoprodotti gassosi, che vengono scaricati dalla camera di reazione. Il processo è mostrato nella figura seguente:
I processi di incisione a secco possono essere suddivisi nelle seguenti quattro categorie:
(1)Incisione fisica a sputtering: Si basa principalmente sugli ioni energetici del plasma per bombardare la superficie del materiale inciso. Il numero di atomi atomizzati dipende dall'energia e dall'angolo delle particelle incidenti. Quando l'energia e l'angolo rimangono invariati, la velocità di sputtering di materiali diversi solitamente differisce solo di 2 o 3 volte, quindi non c'è selettività. Il processo di reazione è principalmente anisotropo.
(2)Incisione chimica: Il plasma fornisce atomi e molecole che incidono in fase gassosa, che reagiscono chimicamente con la superficie del materiale per produrre gas volatili. Questa reazione puramente chimica ha una buona selettività e presenta caratteristiche isotrope senza considerare la struttura reticolare.
Ad esempio: Si (solido) + 4F → SiF4 (gassoso), fotoresist + O (gassoso) → CO2 (gassoso) + H2O (gassoso)
(3)Incisione guidata dall'energia ionica: Gli ioni sono sia particelle che provocano l'incisione che particelle che trasportano energia. L'efficienza dell'attacco di tali particelle che trasportano energia è superiore di oltre un ordine di grandezza rispetto a quella del semplice attacco fisico o chimico. Tra questi, l'ottimizzazione dei parametri fisici e chimici del processo è il fulcro del controllo del processo di attacco.
(4)Incisione su compositi con barriera ionica: Si riferisce principalmente alla generazione di uno strato protettivo barriera polimerica da parte delle particelle composite durante il processo di attacco. Il plasma richiede uno strato protettivo per impedire la reazione di attacco delle pareti laterali durante il processo di attacco. Ad esempio, l'aggiunta di C a Cl e l'attacco di Cl2 può produrre uno strato di composto di clorocarburo durante l'attacco per proteggere le pareti laterali dall'attacco.
2.2.1 Lavaggio a secco
Il lavaggio a secco si riferisce principalmente alla pulizia al plasma. Gli ioni del plasma vengono utilizzati per bombardare la superficie da pulire e gli atomi e le molecole allo stato attivato interagiscono con la superficie da pulire, in modo da rimuovere e incenerire il fotoresist. A differenza dell'incisione a secco, i parametri del processo di lavaggio a secco solitamente non includono la selettività direzionale, quindi la progettazione del processo è relativamente semplice. Nei processi di produzione su larga scala, come corpo principale del plasma di reazione vengono utilizzati principalmente gas a base di fluoro, ossigeno o idrogeno. Inoltre, l'aggiunta di una certa quantità di plasma di argon può potenziare l'effetto del bombardamento ionico, migliorando così l'efficienza della pulizia.
Nel processo di lavaggio a secco al plasma, viene solitamente utilizzato il metodo del plasma remoto. Questo perché nel processo di pulizia si spera di ridurre l'effetto di bombardamento degli ioni nel plasma per controllare il danno causato dal bombardamento ionico; e la reazione potenziata dei radicali liberi chimici può migliorare l'efficienza della pulizia. Il plasma remoto può utilizzare le microonde per generare un plasma stabile e ad alta densità all'esterno della camera di reazione, generando un gran numero di radicali liberi che entrano nella camera di reazione per ottenere la reazione richiesta per la pulizia. La maggior parte delle fonti di gas per il lavaggio a secco del settore utilizzano gas a base di fluoro, come NF3, e oltre il 99% di NF3 viene decomposto nel plasma a microonde. Non c'è quasi alcun effetto di bombardamento ionico nel processo di lavaggio a secco, quindi è utile proteggere il wafer di silicio da eventuali danni e prolungare la durata della camera di reazione.
Tre attrezzature per l'incisione e la pulizia a umido
3.1 Macchina per la pulizia dei wafer a serbatoio
La macchina per la pulizia dei wafer a vasca è composta principalmente da un modulo di trasmissione della scatola di trasferimento del wafer con apertura frontale, un modulo di trasmissione di carico/scarico del wafer, un modulo di aspirazione dell'aria di scarico, un modulo del serbatoio del liquido chimico, un modulo del serbatoio dell'acqua deionizzata, un serbatoio di asciugatura modulo e un modulo di controllo. Può pulire più scatole di wafer contemporaneamente e può ottenere l'asciugatura e l'asciugatura dei wafer.
3.2 Incisore per wafer da trincea
3.3 Attrezzatura per il trattamento a umido di wafer singolo
In base ai diversi scopi del processo, le apparecchiature per il processo a umido del singolo wafer possono essere suddivise in tre categorie. La prima categoria riguarda le apparecchiature per la pulizia di singoli wafer, i cui obiettivi di pulizia includono particelle, materia organica, strato di ossido naturale, impurità metalliche e altri inquinanti; la seconda categoria è costituita dalle apparecchiature per il lavaggio di wafer singoli, il cui scopo principale del processo è rimuovere le particelle sulla superficie del wafer; la terza categoria riguarda le apparecchiature per l'incisione di wafer singoli, utilizzate principalmente per rimuovere pellicole sottili. In base ai diversi scopi del processo, le apparecchiature per l'incisione di singoli wafer possono essere suddivise in due tipi. Il primo tipo è un'apparecchiatura per incisione delicata, utilizzata principalmente per rimuovere gli strati danneggiati della pellicola superficiale causati dall'impianto di ioni ad alta energia; il secondo tipo è l'attrezzatura per la rimozione degli strati sacrificali, utilizzata principalmente per rimuovere gli strati barriera dopo l'assottigliamento dei wafer o la lucidatura chimico-meccanica.
Dal punto di vista dell'architettura complessiva della macchina, l'architettura di base di tutti i tipi di apparecchiature per il processo a umido a wafer singolo è simile, generalmente costituita da sei parti: telaio principale, sistema di trasferimento del wafer, modulo della camera, modulo di alimentazione e trasferimento di liquidi chimici, sistema software e modulo di controllo elettronico.
3.4 Attrezzatura per la pulizia del wafer singolo
L'attrezzatura per la pulizia del wafer singolo è progettata sulla base del tradizionale metodo di pulizia RCA e lo scopo del processo è pulire particelle, materia organica, strato di ossido naturale, impurità metalliche e altri inquinanti. In termini di applicazione del processo, le apparecchiature per la pulizia di singoli wafer sono attualmente ampiamente utilizzate nei processi front-end e back-end della produzione di circuiti integrati, compresa la pulizia prima e dopo la formazione del film, la pulizia dopo l'attacco al plasma, la pulizia dopo l'impianto ionico, la pulizia dopo l'attacco chimico lucidatura meccanica e pulizia dopo la deposizione del metallo. Ad eccezione del processo con acido fosforico ad alta temperatura, le apparecchiature per la pulizia di singoli wafer sono sostanzialmente compatibili con tutti i processi di pulizia.
3.5 Attrezzatura per l'incisione di wafer singoli
Lo scopo del processo delle apparecchiature per l'incisione di wafer singoli è principalmente l'incisione di film sottili. In base allo scopo del processo, può essere suddiviso in due categorie, ovvero apparecchiature per l'incisione leggera (utilizzate per rimuovere lo strato danneggiato della pellicola superficiale causato dall'impianto di ioni ad alta energia) e apparecchiature per la rimozione dello strato sacrificale (utilizzate per rimuovere lo strato barriera dopo il wafer diluizione o lucidatura chimico-meccanica). I materiali che devono essere rimossi nel processo generalmente includono silicio, ossido di silicio, nitruro di silicio e strati di pellicola metallica.
Quattro attrezzature per l'incisione a secco e la pulizia
4.1 Classificazione delle apparecchiature per l'incisione al plasma
Oltre alle apparecchiature di incisione con sputtering ionico che si avvicinano alla pura reazione fisica e alle apparecchiature di sgommatura che si avvicinano alla pura reazione chimica, l'attacco al plasma può essere approssimativamente suddiviso in due categorie in base alle diverse tecnologie di generazione e controllo del plasma:
-Incisione al Plasma Capacitivamente Accoppiato (CCP);
-Incisione al plasma accoppiato induttivamente (ICP).
4.1.1 PCC
L'attacco al plasma accoppiato capacitivamente consiste nel collegare l'alimentazione a radiofrequenza a uno o entrambi gli elettrodi superiore e inferiore nella camera di reazione e il plasma tra le due piastre forma un condensatore in un circuito equivalente semplificato.
Esistono due prime tecnologie di questo tipo:
Uno è il primo attacco al plasma, che collega l'alimentazione RF all'elettrodo superiore e l'elettrodo inferiore dove si trova il wafer è messo a terra. Poiché il plasma generato in questo modo non forma una guaina ionica sufficientemente spessa sulla superficie del wafer, l'energia del bombardamento ionico è bassa e viene solitamente utilizzata in processi come l'attacco del silicio che utilizzano particelle attive come agente di attacco principale.
L'altro è l'attacco rapido di ioni reattivi (RIE), che collega l'alimentazione RF all'elettrodo inferiore dove si trova il wafer e mette a terra l'elettrodo superiore con un'area più ampia. Questa tecnologia può formare una guaina ionica più spessa, adatta per processi di attacco dielettrico che richiedono una maggiore energia ionica per partecipare alla reazione. Sulla base dell'attacco precoce degli ioni reattivi, viene aggiunto un campo magnetico CC perpendicolare al campo elettrico RF per formare la deriva ExB, che può aumentare la possibilità di collisione di elettroni e particelle di gas, migliorando così efficacemente la concentrazione del plasma e la velocità di attacco. Questo attacco è chiamato attacco con ioni reattivi potenziati dal campo magnetico (MERIE).
Le tre tecnologie sopra menzionate hanno uno svantaggio comune, cioè la concentrazione del plasma e la sua energia non possono essere controllate separatamente. Ad esempio, per aumentare la velocità di attacco, è possibile utilizzare il metodo di aumento della potenza RF per aumentare la concentrazione plasmatica, ma l'aumento della potenza RF porterà inevitabilmente ad un aumento dell'energia ionica, che causerà danni ai dispositivi su l'ostia. Negli ultimi dieci anni, la tecnologia di accoppiamento capacitivo ha adottato una progettazione di più sorgenti RF, collegate rispettivamente agli elettrodi superiore e inferiore o entrambi all'elettrodo inferiore.
Selezionando e abbinando diverse frequenze RF, l'area degli elettrodi, la spaziatura, i materiali e altri parametri chiave vengono coordinati tra loro, la concentrazione del plasma e l'energia ionica possono essere disaccoppiate il più possibile.
4.1.2 ICP
L'attacco al plasma accoppiato induttivamente consiste nel posizionare uno o più set di bobine collegate a un alimentatore a radiofrequenza sopra o attorno alla camera di reazione. Il campo magnetico alternato generato dalla corrente a radiofrequenza nella bobina entra nella camera di reazione attraverso la finestra dielettrica per accelerare gli elettroni, generando così plasma. In un circuito equivalente semplificato (trasformatore), la bobina è l'induttanza dell'avvolgimento primario e il plasma è l'induttanza dell'avvolgimento secondario.
Questo metodo di accoppiamento può raggiungere una concentrazione plasmatica superiore di oltre un ordine di grandezza rispetto all'accoppiamento capacitivo a bassa pressione. Inoltre, il secondo alimentatore RF è collegato alla posizione del wafer come alimentatore di polarizzazione per fornire energia di bombardamento ionico. Pertanto, la concentrazione degli ioni dipende dalla sorgente di alimentazione della bobina e l'energia ionica dipende dall'alimentazione di polarizzazione, ottenendo così un disaccoppiamento più completo tra concentrazione ed energia.
4.2 Attrezzatura per l'incisione al plasma
Quasi tutti gli agenti di attacco nell'incisione a secco sono generati direttamente o indirettamente dal plasma, pertanto l'incisione a secco viene spesso chiamata incisione al plasma. L'incisione al plasma è un tipo di incisione al plasma in senso lato. Nei due primi progetti di reattore a piastra piatta, uno consiste nel mettere a terra la piastra dove si trova il wafer e l'altra piastra è collegata alla sorgente RF; l'altro è il contrario. Nel primo caso, l'area della piastra messa a terra è generalmente maggiore dell'area della piastra collegata alla sorgente RF e la pressione del gas nel reattore è elevata. La guaina ionica formata sulla superficie del wafer è molto sottile e il wafer sembra essere “immerso” nel plasma. L'attacco viene completato principalmente dalla reazione chimica tra le particelle attive nel plasma e la superficie del materiale mordenzato. L'energia del bombardamento ionico è molto piccola e la sua partecipazione all'attacco è molto bassa. Questo design è chiamato modalità di incisione al plasma. In un altro progetto, poiché il grado di partecipazione del bombardamento ionico è relativamente ampio, viene chiamata modalità di attacco ionico reattivo.
4.3 Attrezzatura per l'attacco di ioni reattivi
L'attacco con ioni reattivi (RIE) si riferisce a un processo di attacco in cui particelle attive e ioni carichi partecipano contemporaneamente al processo. Tra queste, le particelle attive sono principalmente particelle neutre (note anche come radicali liberi), con un'elevata concentrazione (da circa l'1% al 10% della concentrazione del gas), che sono i componenti principali del mordenzante. I prodotti derivanti dalla reazione chimica tra essi ed il materiale inciso vengono volatilizzati ed estratti direttamente dalla camera di reazione, oppure accumulati sulla superficie incisa; mentre gli ioni carichi sono ad una concentrazione inferiore (da 10-4 a 10-3 della concentrazione del gas), e vengono accelerati dal campo elettrico della guaina ionica formata sulla superficie del wafer per bombardare la superficie incisa. Ci sono due funzioni principali delle particelle cariche. Il primo consiste nel distruggere la struttura atomica del materiale inciso, accelerando così la velocità con cui le particelle attive reagiscono con esso; l'altro è bombardare e rimuovere i prodotti di reazione accumulati in modo che il materiale inciso sia in pieno contatto con le particelle attive, in modo che l'attacco continui.
Poiché gli ioni non partecipano direttamente alla reazione di attacco (o rappresentano una proporzione molto piccola, come la rimozione del bombardamento fisico e l'attacco chimico diretto degli ioni attivi), in senso stretto il processo di attacco di cui sopra dovrebbe essere chiamato attacco assistito da ioni. Il nome attacco con ioni reattivi non è accurato, ma è ancora utilizzato oggi. Le prime apparecchiature RIE furono utilizzate negli anni '80. A causa dell'uso di un singolo alimentatore RF e di un design relativamente semplice della camera di reazione, presenta limitazioni in termini di velocità di attacco, uniformità e selettività.
4.4 Attrezzatura per l'attacco di ioni reattivi potenziati dal campo magnetico
Il dispositivo MERIE (Magnetical Enhanced Reactive Ion Etching) è un dispositivo di incisione costruito aggiungendo un campo magnetico CC a un dispositivo RIE a pannello piatto ed è destinato ad aumentare la velocità di incisione.
Le apparecchiature MERIE sono state utilizzate su larga scala negli anni '90, quando le apparecchiature per l'incisione di un singolo wafer erano diventate le apparecchiature principali del settore. Il più grande svantaggio delle apparecchiature MERIE è che la disomogeneità della distribuzione spaziale della concentrazione plasmatica causata dal campo magnetico porterà a differenze di corrente o tensione nel dispositivo a circuito integrato, causando così danni al dispositivo. Poiché questo danno è causato da una disomogeneità istantanea, la rotazione del campo magnetico non può eliminarlo. Poiché le dimensioni dei circuiti integrati continuano a ridursi, i danni ai dispositivi sono sempre più sensibili alla disomogeneità del plasma e la tecnologia per aumentare la velocità di attacco potenziando il campo magnetico è stata gradualmente sostituita dalla tecnologia di attacco ionico reattivo planare dell'alimentatore multi-RF, che è la tecnologia di incisione al plasma accoppiata capacitivamente.
4.5 Apparecchiature per l'incisione al plasma ad accoppiamento capacitivo
L'attrezzatura per l'incisione al plasma accoppiato capacitivamente (CCP) è un dispositivo che genera plasma in una camera di reazione attraverso l'accoppiamento capacitivo applicando un'alimentazione a radiofrequenza (o CC) alla piastra dell'elettrodo e viene utilizzata per l'incisione. Il suo principio di attacco è simile a quello delle apparecchiature di attacco con ioni reattivi.
Di seguito è mostrato il diagramma schematico semplificato dell'apparecchiatura di incisione CCP. Generalmente utilizza due o tre sorgenti RF di frequenze diverse e alcuni utilizzano anche alimentatori CC. La frequenza dell'alimentatore RF è 800 kHz~162 MHz e quelle comunemente utilizzate sono 2 MHz, 4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz e 60 MHz. Gli alimentatori RF con una frequenza di 2 MHz o 4 MHz sono solitamente chiamati sorgenti RF a bassa frequenza. Generalmente sono collegati all'elettrodo inferiore dove si trova il wafer. Sono più efficaci nel controllare l'energia ionica, quindi sono anche chiamati alimentatori bias; Gli alimentatori RF con frequenza superiore a 27 MHz sono chiamati sorgenti RF ad alta frequenza. Possono essere collegati sia all'elettrodo superiore che all'elettrodo inferiore. Sono più efficaci nel controllare la concentrazione plasmatica, per questo sono anche chiamati alimentatori. L'alimentatore RF da 13 MHz si trova nel mezzo ed è generalmente considerato dotato di entrambe le funzioni di cui sopra, ma è relativamente più debole. Si noti che sebbene la concentrazione e l'energia del plasma possano essere regolate entro un certo intervallo dalla potenza di sorgenti RF di frequenze diverse (il cosiddetto effetto di disaccoppiamento), a causa delle caratteristiche dell'accoppiamento capacitivo, non possono essere regolate e controllate in modo completamente indipendente.
La distribuzione dell'energia degli ioni ha un impatto significativo sulle prestazioni dettagliate dell'incisione e sui danni al dispositivo, quindi lo sviluppo della tecnologia per ottimizzare la distribuzione dell'energia ionica è diventato uno dei punti chiave delle apparecchiature avanzate di incisione. Attualmente, le tecnologie utilizzate con successo nella produzione includono azionamento ibrido multi-RF, sovrapposizione CC, RF combinata con polarizzazione a impulsi CC e uscita RF pulsata sincrona dell'alimentatore bias e dell'alimentatore sorgente.
L'apparecchiatura per incisione CCP è uno dei due tipi più utilizzati di apparecchiature per incisione al plasma. Viene utilizzato principalmente nel processo di incisione di materiali dielettrici, come l'incisione delle pareti laterali del cancello e della maschera rigida nella fase anteriore del processo del chip logico, l'incisione dei fori di contatto nella fase intermedia, l'incisione di mosaici e pad in alluminio nella fase posteriore, nonché incisione di trincee profonde, fori profondi e fori di contatto del cablaggio nel processo di chip di memoria flash 3D (prendendo come esempio la struttura del nitruro di silicio/ossido di silicio).
Ci sono due sfide principali e direzioni di miglioramento affrontate dalle apparecchiature di incisione CCP. In primo luogo, nell'applicazione di energia ionica estremamente elevata, la capacità di incisione di strutture ad alto rapporto d'aspetto (come l'incisione di fori e scanalature della memoria flash 3D richiede un rapporto superiore a 50:1). L'attuale metodo per aumentare la potenza di polarizzazione per aumentare l'energia ionica utilizza alimentatori RF fino a 10.000 watt. Considerata la grande quantità di calore generato, la tecnologia di raffreddamento e di controllo della temperatura della camera di reazione deve essere continuamente migliorata. In secondo luogo, è necessaria una svolta nello sviluppo di nuovi gas di attacco per risolvere radicalmente il problema della capacità di attacco.
4.6 Apparecchiature per l'incisione al plasma accoppiato induttivamente
L'apparecchiatura di incisione al plasma accoppiato induttivamente (ICP) è un dispositivo che accoppia l'energia di una fonte di alimentazione a radiofrequenza in una camera di reazione sotto forma di campo magnetico tramite una bobina induttiva, generando così plasma per l'incisione. Anche il suo principio di attacco appartiene all'attacco generalizzato con ioni reattivi.
Esistono due tipi principali di progetti di sorgenti di plasma per le apparecchiature di incisione ICP. Una è la tecnologia TCP (trasformatore accoppiato al plasma) sviluppata e prodotta da Lam Research. La sua bobina dell'induttore è posizionata sul piano della finestra dielettrica sopra la camera di reazione. Il segnale RF a 13,56 MHz genera un campo magnetico alternato nella bobina che è perpendicolare alla finestra dielettrica e diverge radialmente con l'asse della bobina come centro.
Il campo magnetico entra nella camera di reazione attraverso la finestra dielettrica e il campo magnetico alternato genera un campo elettrico alternato parallelo alla finestra dielettrica nella camera di reazione, ottenendo così la dissociazione del gas di attacco e generando plasma. Poiché questo principio può essere inteso come un trasformatore con una bobina induttiva come avvolgimento primario e il plasma nella camera di reazione come avvolgimento secondario, l'incisione ICP prende il nome da questo.
Il vantaggio principale della tecnologia TCP è che la struttura è facile da espandere. Ad esempio, da un wafer da 200 mm a un wafer da 300 mm, TCP può mantenere lo stesso effetto di incisione semplicemente aumentando la dimensione della bobina.
Un altro progetto di sorgente di plasma è la tecnologia della sorgente di plasma disaccoppiata (DPS) sviluppata e prodotta da Applied Materials, Inc. degli Stati Uniti. La sua bobina dell'induttore è avvolta tridimensionalmente su una finestra dielettrica emisferica. Il principio di generazione del plasma è simile alla suddetta tecnologia TCP, ma l'efficienza di dissociazione del gas è relativamente elevata, il che favorisce l'ottenimento di una maggiore concentrazione plasmatica.
Poiché l'efficienza dell'accoppiamento induttivo per generare plasma è superiore a quella dell'accoppiamento capacitivo e il plasma viene generato principalmente nell'area vicina alla finestra dielettrica, la sua concentrazione nel plasma è sostanzialmente determinata dalla potenza dell'alimentatore della sorgente collegata all'induttore bobina e l'energia ionica nella guaina ionica sulla superficie del wafer è fondamentalmente determinata dalla potenza dell'alimentatore bias, quindi la concentrazione e l'energia degli ioni possono essere controllate in modo indipendente, ottenendo così il disaccoppiamento.
L'attrezzatura per l'incisione ICP è uno dei due tipi più utilizzati di apparecchiature per l'incisione al plasma. Viene utilizzato principalmente per l'incisione di trincee poco profonde di silicio, germanio (Ge), strutture di porte in polisilicio, strutture di porte metalliche, silicio deformato (Strained-Si), fili metallici, cuscinetti metallici (pad), maschere rigide metalliche per incisione a mosaico e molteplici processi in tecnologia di imaging multiplo.
Inoltre, con l’avvento dei circuiti integrati tridimensionali, dei sensori di immagine CMOS e dei sistemi microelettromeccanici (MEMS), nonché con il rapido aumento dell’applicazione di through silicon vias (TSV), fori obliqui di grandi dimensioni e incisione profonda del silicio con diverse morfologie, molti produttori hanno lanciato apparecchiature di incisione sviluppate appositamente per queste applicazioni. Le sue caratteristiche sono l'ampia profondità di incisione (decine o addirittura centinaia di micron), quindi funziona principalmente in condizioni di flusso di gas elevato, alta pressione e alta potenza.
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Orario di pubblicazione: 31 agosto 2024