Una introducción
El grabado en el proceso de fabricación de circuitos integrados se divide en:
-Grabado húmedo;
-Grabado en seco.
Al principio, el grabado húmedo se utilizaba ampliamente, pero debido a sus limitaciones en el control del ancho de la línea y la direccionalidad del grabado, la mayoría de los procesos después de 3 μm utilizan el grabado seco. El grabado húmedo sólo se utiliza para eliminar determinadas capas de material especial y limpiar residuos.
El grabado en seco se refiere al proceso de utilizar agentes químicos gaseosos para reaccionar con los materiales de la oblea para grabar la parte del material que se va a eliminar y formar productos de reacción volátiles, que luego se extraen de la cámara de reacción. El grabador suele generarse directa o indirectamente a partir del plasma del gas de grabado, por lo que el grabado en seco también se denomina grabado con plasma.
1.1 plasma
El plasma es un gas en un estado débilmente ionizado formado por una descarga luminosa de un gas de grabado bajo la acción de un campo electromagnético externo (como el generado por una fuente de alimentación de radiofrecuencia). Incluye electrones, iones y partículas activas neutras. Entre ellas, las partículas activas pueden reaccionar químicamente directamente con el material grabado para lograr el grabado, pero esta reacción química pura generalmente solo ocurre en una cantidad muy pequeña de materiales y no es direccional; cuando los iones tienen cierta energía, pueden grabarse mediante pulverización física directa, pero la velocidad de grabado de esta reacción física pura es extremadamente baja y la selectividad es muy pobre.
La mayor parte del grabado con plasma se completa con la participación de partículas e iones activos al mismo tiempo. En este proceso, el bombardeo de iones tiene dos funciones. Una es destruir los enlaces atómicos en la superficie del material grabado, aumentando así la velocidad a la que las partículas neutras reaccionan con él; el otro es eliminar los productos de reacción depositados en la interfaz de reacción para facilitar que el grabador entre en contacto completamente con la superficie del material grabado, de modo que el grabado continúe.
Los productos de reacción depositados en las paredes laterales de la estructura grabada no pueden eliminarse eficazmente mediante bombardeo iónico direccional, bloqueando así el grabado de las paredes laterales y formando un grabado anisotrópico.
Segundo proceso de grabado
2.1 Grabado y limpieza en húmedo
El grabado húmedo es una de las primeras tecnologías utilizadas en la fabricación de circuitos integrados. Aunque la mayoría de los procesos de grabado húmedo han sido reemplazados por grabado seco anisotrópico debido a su grabado isotrópico, todavía juega un papel importante en la limpieza de capas no críticas de tamaños más grandes. Especialmente en el grabado de residuos de eliminación de óxido y decapado epidérmico, es más eficaz y económico que el grabado en seco.
Los objetos de grabado húmedo incluyen principalmente óxido de silicio, nitruro de silicio, silicio monocristalino y silicio policristalino. El grabado húmedo de óxido de silicio suele utilizar ácido fluorhídrico (HF) como principal portador químico. Para mejorar la selectividad, en el proceso se utiliza ácido fluorhídrico diluido tamponado con fluoruro de amonio. Para mantener la estabilidad del valor del pH, se puede añadir una pequeña cantidad de ácido fuerte u otros elementos. El óxido de silicio dopado se corroe más fácilmente que el óxido de silicio puro. El decapado químico húmedo se utiliza principalmente para eliminar fotoprotectores y máscaras duras (nitruro de silicio). El ácido fosfórico caliente (H3PO4) es el principal líquido químico utilizado para la extracción química húmeda para eliminar el nitruro de silicio y tiene una buena selectividad para el óxido de silicio.
La limpieza en húmedo es similar al grabado en húmedo y elimina principalmente los contaminantes de la superficie de las obleas de silicio mediante reacciones químicas, incluidas partículas, materia orgánica, metales y óxidos. La limpieza en húmedo convencional es el método químico húmedo. Aunque la limpieza en seco puede reemplazar muchos métodos de limpieza en húmedo, no existe ningún método que pueda reemplazar completamente la limpieza en húmedo.
Los productos químicos comúnmente utilizados para la limpieza húmeda incluyen ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico, ácido fosfórico, peróxido de hidrógeno, hidróxido de amonio, fluoruro de amonio, etc. En aplicaciones prácticas, uno o más productos químicos se mezclan con agua desionizada en una cierta proporción según sea necesario para forme una solución de limpieza, como SC1, SC2, DHF, BHF, etc.
La limpieza se utiliza a menudo en el proceso antes de la deposición de la película de óxido, porque la preparación de la película de óxido debe realizarse sobre una superficie de oblea de silicio absolutamente limpia. El proceso común de limpieza de obleas de silicio es el siguiente:
2.2 Grabado en seco ay limpieza
2.2.1 Grabado en seco
El grabado en seco en la industria se refiere principalmente al grabado con plasma, que utiliza plasma con actividad mejorada para grabar sustancias específicas. El sistema de equipamiento en procesos de producción a gran escala utiliza plasma en desequilibrio a baja temperatura.
El grabado con plasma utiliza principalmente dos modos de descarga: descarga acoplada capacitiva y descarga acoplada inductiva.
En el modo de descarga acoplada capacitivamente: el plasma se genera y se mantiene en dos condensadores de placas paralelas mediante una fuente de alimentación de radiofrecuencia (RF) externa. La presión del gas suele ser de varios militorr a decenas de militorr y la tasa de ionización es inferior a 10-5. En el modo de descarga acoplada inductivamente: generalmente a una presión de gas más baja (decenas de militorr), el plasma se genera y se mantiene mediante energía de entrada acoplada inductivamente. La tasa de ionización suele ser superior a 10-5, por lo que también se le llama plasma de alta densidad. También se pueden obtener fuentes de plasma de alta densidad mediante resonancia de ciclotrón electrónico y descarga de ondas de ciclotrón. El plasma de alta densidad puede optimizar la tasa de grabado y la selectividad del proceso de grabado al tiempo que reduce el daño por grabado al controlar de forma independiente el flujo de iones y la energía de bombardeo de iones a través de una fuente de alimentación externa de RF o microondas y una fuente de alimentación de polarización de RF en el sustrato.
El proceso de grabado en seco es el siguiente: el gas de grabado se inyecta en la cámara de reacción al vacío y, una vez estabilizada la presión en la cámara de reacción, se genera el plasma mediante una descarga luminosa de radiofrecuencia; después de ser impactado por electrones de alta velocidad, se descompone para producir radicales libres, que se difunden a la superficie del sustrato y son adsorbidos. Bajo la acción del bombardeo iónico, los radicales libres adsorbidos reaccionan con átomos o moléculas en la superficie del sustrato para formar subproductos gaseosos, que se descargan de la cámara de reacción. El proceso se muestra en la siguiente figura:
Los procesos de grabado en seco se pueden dividir en las siguientes cuatro categorías:
(1)Grabado físico por pulverización: Se basa principalmente en los iones energéticos del plasma para bombardear la superficie del material grabado. El número de átomos pulverizados depende de la energía y el ángulo de las partículas incidentes. Cuando la energía y el ángulo permanecen sin cambios, la velocidad de pulverización de diferentes materiales generalmente difiere sólo de 2 a 3 veces, por lo que no hay selectividad. El proceso de reacción es principalmente anisotrópico.
(2)grabado químico: El plasma proporciona átomos y moléculas de grabado en fase gaseosa, que reaccionan químicamente con la superficie del material para producir gases volátiles. Esta reacción puramente química tiene buena selectividad y presenta características isotrópicas sin considerar la estructura reticular.
Por ejemplo: Si (sólido) + 4F → SiF4 (gaseoso), fotorresistente + O (gaseoso) → CO2 (gaseoso) + H2O (gaseoso)
(3)Grabado impulsado por energía iónica: Los iones son tanto partículas que causan grabado como partículas portadoras de energía. La eficiencia del grabado de tales partículas portadoras de energía es más de un orden de magnitud mayor que la del simple grabado físico o químico. Entre ellos, la optimización de los parámetros físicos y químicos del proceso es el núcleo del control del proceso de grabado.
(4)Grabado compuesto de barrera iónica: Se refiere principalmente a la generación de una capa protectora de barrera polimérica por partículas compuestas durante el proceso de grabado. El plasma requiere dicha capa protectora para evitar la reacción de grabado de las paredes laterales durante el proceso de grabado. Por ejemplo, agregar C al grabado Cl y Cl2 puede producir una capa de compuesto de clorocarbono durante el grabado para proteger las paredes laterales del grabado.
2.2.1 Limpieza en seco
La limpieza en seco se refiere principalmente a la limpieza con plasma. Los iones del plasma se utilizan para bombardear la superficie a limpiar, y los átomos y moléculas en estado activado interactúan con la superficie a limpiar, para eliminar y convertir en cenizas el fotoprotector. A diferencia del grabado en seco, los parámetros del proceso de limpieza en seco generalmente no incluyen selectividad direccional, por lo que el diseño del proceso es relativamente simple. En los procesos de producción a gran escala se utilizan principalmente gases a base de flúor, oxígeno o hidrógeno como cuerpo principal del plasma de reacción. Además, agregar una cierta cantidad de plasma de argón puede mejorar el efecto de bombardeo iónico, mejorando así la eficiencia de la limpieza.
En el proceso de limpieza en seco por plasma se suele utilizar el método de plasma remoto. Esto se debe a que en el proceso de limpieza se espera reducir el efecto de bombardeo de iones en el plasma para controlar el daño causado por el bombardeo de iones; y la reacción mejorada de los radicales libres químicos puede mejorar la eficiencia de la limpieza. El plasma remoto puede utilizar microondas para generar un plasma estable y de alta densidad fuera de la cámara de reacción, generando una gran cantidad de radicales libres que ingresan a la cámara de reacción para lograr la reacción requerida para la limpieza. La mayoría de las fuentes de gas para limpieza en seco de la industria utilizan gases a base de flúor, como el NF3, y más del 99% del NF3 se descompone en plasma de microondas. Casi no hay efecto de bombardeo iónico en el proceso de limpieza en seco, por lo que es beneficioso proteger la oblea de silicio contra daños y extender la vida útil de la cámara de reacción.
Tres equipos de limpieza y grabado húmedo.
3.1 Máquina limpiadora de obleas tipo tanque
La máquina limpiadora de obleas tipo artesa se compone principalmente de un módulo de transmisión de caja de transferencia de obleas con apertura frontal, un módulo de transmisión de carga/descarga de obleas, un módulo de entrada de aire de escape, un módulo de tanque de líquido químico, un módulo de tanque de agua desionizada y un tanque de secado. módulo y un módulo de control. Puede limpiar varias cajas de obleas al mismo tiempo y puede lograr el secado y secado de las obleas.
3.2 Grabador de obleas de zanja
3.3 Equipo de procesamiento húmedo de una sola oblea
Según los diferentes propósitos del proceso, los equipos de proceso húmedo de una sola oblea se pueden dividir en tres categorías. La primera categoría son los equipos de limpieza de obleas individuales, cuyos objetivos de limpieza incluyen partículas, materia orgánica, capas de óxido natural, impurezas metálicas y otros contaminantes; la segunda categoría son los equipos de fregado de una sola oblea, cuyo objetivo principal del proceso es eliminar las partículas de la superficie de la oblea; la tercera categoría son los equipos de grabado de oblea única, que se utilizan principalmente para eliminar películas delgadas. Según los diferentes propósitos del proceso, el equipo de grabado de obleas individuales se puede dividir en dos tipos. El primer tipo es el equipo de grabado suave, que se utiliza principalmente para eliminar las capas dañadas de la película superficial causadas por la implantación de iones de alta energía; el segundo tipo es el equipo de eliminación de capas de sacrificio, que se utiliza principalmente para eliminar capas de barrera después del adelgazamiento de obleas o del pulido mecánico químico.
Desde la perspectiva de la arquitectura general de la máquina, la arquitectura básica de todos los tipos de equipos de proceso húmedo de una sola oblea es similar y generalmente consta de seis partes: bastidor principal, sistema de transferencia de oblea, módulo de cámara, módulo de transferencia y suministro de líquido químico, sistema de software. y módulo de control electrónico.
3.4 Equipo de limpieza de una sola oblea
El equipo de limpieza de obleas individuales está diseñado basándose en el método de limpieza tradicional RCA y el propósito del proceso es limpiar partículas, materia orgánica, capas de óxido natural, impurezas metálicas y otros contaminantes. En términos de aplicación de procesos, el equipo de limpieza de una sola oblea se utiliza actualmente ampliamente en los procesos iniciales y finales de la fabricación de circuitos integrados, incluida la limpieza antes y después de la formación de la película, la limpieza después del grabado con plasma, la limpieza después de la implantación de iones y la limpieza después del tratamiento químico. pulido mecánico y limpieza después de la deposición de metales. A excepción del proceso de ácido fosfórico a alta temperatura, el equipo de limpieza de obleas individuales es básicamente compatible con todos los procesos de limpieza.
3.5 Equipo de grabado de oblea única
El propósito del proceso del equipo de grabado de oblea única es principalmente el grabado de película delgada. Según el propósito del proceso, se puede dividir en dos categorías, a saber, equipo de grabado ligero (usado para eliminar la capa de daño de la película superficial causada por la implantación de iones de alta energía) y equipo de eliminación de la capa de sacrificio (usado para eliminar la capa de barrera después de la oblea). adelgazamiento o pulido mecánico químico). Los materiales que deben eliminarse en el proceso generalmente incluyen silicio, óxido de silicio, nitruro de silicio y capas de película metálica.
Cuatro equipos de limpieza y grabado en seco.
4.1 Clasificación de equipos de grabado por plasma.
Además de los equipos de grabado por pulverización iónica que se acercan a la reacción física pura y los equipos de desgomado que se acercan a la reacción química pura, el grabado por plasma se puede dividir aproximadamente en dos categorías según las diferentes tecnologías de control y generación de plasma:
-Grabado con plasma acoplado capacitivamente (CCP);
-Grabado con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP).
4.1.1 PCC
El grabado con plasma acoplado capacitivamente consiste en conectar la fuente de alimentación de radiofrecuencia a uno o ambos electrodos superior e inferior en la cámara de reacción, y el plasma entre las dos placas forma un condensador en un circuito equivalente simplificado.
Hay dos tecnologías de este tipo más tempranas.:
Uno es el grabado con plasma inicial, que conecta la fuente de alimentación de RF al electrodo superior y el electrodo inferior donde se encuentra la oblea está conectado a tierra. Debido a que el plasma generado de esta manera no formará una vaina iónica suficientemente gruesa en la superficie de la oblea, la energía del bombardeo iónico es baja y generalmente se usa en procesos como el grabado de silicio que utilizan partículas activas como agente grabador principal.
El otro es el grabado temprano de iones reactivos (RIE), que conecta la fuente de alimentación de RF al electrodo inferior donde se encuentra la oblea y conecta a tierra el electrodo superior con un área más grande. Esta tecnología puede formar una vaina iónica más gruesa, que es adecuada para procesos de grabado dieléctrico que requieren mayor energía iónica para participar en la reacción. Sobre la base del grabado temprano de iones reactivos, se agrega un campo magnético de CC perpendicular al campo eléctrico de RF para formar la deriva ExB, que puede aumentar la posibilidad de colisión de electrones y partículas de gas, mejorando así de manera efectiva la concentración del plasma y la tasa de grabado. Este grabado se llama grabado con iones reactivos mejorados por campo magnético (MERIE).
Las tres tecnologías anteriores tienen una desventaja común: la concentración plasmática y su energía no se pueden controlar por separado. Por ejemplo, para aumentar la tasa de grabado, se puede utilizar el método de aumentar la potencia de RF para aumentar la concentración de plasma, pero el aumento de la potencia de RF conducirá inevitablemente a un aumento en la energía iónica, lo que causará daños a los dispositivos en la oblea. En la última década, la tecnología de acoplamiento capacitivo ha adoptado un diseño de múltiples fuentes de RF, que están conectadas a los electrodos superior e inferior respectivamente o ambos al electrodo inferior.
Al seleccionar y combinar diferentes frecuencias de RF, el área de los electrodos, el espaciado, los materiales y otros parámetros clave se coordinan entre sí, la concentración del plasma y la energía iónica se pueden desacoplar tanto como sea posible.
4.1.2 PCI
El grabado con plasma acoplado inductivamente consiste en colocar uno o más conjuntos de bobinas conectadas a una fuente de alimentación de radiofrecuencia en o alrededor de la cámara de reacción. El campo magnético alterno generado por la corriente de radiofrecuencia en la bobina ingresa a la cámara de reacción a través de la ventana dieléctrica para acelerar los electrones, generando así plasma. En un circuito equivalente simplificado (transformador), la bobina es la inductancia del devanado primario y el plasma es la inductancia del devanado secundario.
Este método de acoplamiento puede lograr una concentración en plasma que es más de un orden de magnitud mayor que el acoplamiento capacitivo a baja presión. Además, la segunda fuente de alimentación de RF está conectada a la ubicación de la oblea como fuente de alimentación polarizada para proporcionar energía de bombardeo de iones. Por lo tanto, la concentración de iones depende de la fuente de alimentación de la bobina y la energía de los iones depende de la fuente de alimentación de polarización, logrando así un desacoplamiento más completo de concentración y energía.
4.2 Equipo de grabado por plasma
Casi todos los agentes de grabado en seco se generan directa o indirectamente a partir de plasma, por lo que el grabado en seco a menudo se denomina grabado con plasma. El grabado con plasma es un tipo de grabado con plasma en un sentido amplio. En los dos primeros diseños de reactores de placa plana, uno consiste en conectar a tierra la placa donde se encuentra la oblea y la otra placa está conectada a la fuente de RF; el otro es todo lo contrario. En el diseño anterior, el área de la placa conectada a tierra suele ser mayor que el área de la placa conectada a la fuente de RF y la presión del gas en el reactor es alta. La vaina iónica formada en la superficie de la oblea es muy delgada y la oblea parece estar "sumergida" en plasma. El grabado se completa principalmente mediante la reacción química entre las partículas activas del plasma y la superficie del material grabado. La energía del bombardeo de iones es muy pequeña y su participación en el grabado es muy baja. Este diseño se llama modo de grabado por plasma. En otro diseño, debido a que el grado de participación del bombardeo de iones es relativamente grande, se denomina modo de grabado de iones reactivo.
4.3 Equipo de grabado de iones reactivos
El grabado con iones reactivos (RIE) se refiere a un proceso de grabado en el que partículas activas e iones cargados participan en el proceso al mismo tiempo. Entre ellas, las partículas activas son principalmente partículas neutras (también conocidas como radicales libres), con una alta concentración (alrededor del 1% al 10% de la concentración del gas), que son los principales componentes del grabador. Los productos producidos por la reacción química entre ellos y el material grabado se volatilizan y se extraen directamente de la cámara de reacción o se acumulan en la superficie grabada; mientras que los iones cargados están en una concentración más baja (10-4 a 10-3 de la concentración del gas) y son acelerados por el campo eléctrico de la vaina iónica formada en la superficie de la oblea para bombardear la superficie grabada. Hay dos funciones principales de las partículas cargadas. Una es destruir la estructura atómica del material grabado, acelerando así la velocidad a la que las partículas activas reaccionan con él; el otro es bombardear y eliminar los productos de reacción acumulados para que el material grabado esté en pleno contacto con las partículas activas, para que el grabado continúe.
Debido a que los iones no participan directamente en la reacción de grabado (o representan una proporción muy pequeña, como la eliminación del bombardeo físico y el grabado químico directo de iones activos), estrictamente hablando, el proceso de grabado anterior debe denominarse grabado asistido por iones. El nombre grabado con iones reactivos no es exacto, pero todavía se utiliza en la actualidad. Los primeros equipos RIE se pusieron en funcionamiento en los años 1980. Debido al uso de una única fuente de alimentación de RF y un diseño de cámara de reacción relativamente simple, tiene limitaciones en términos de velocidad de grabado, uniformidad y selectividad.
4.4 Equipo de grabado de iones reactivos mejorados con campo magnético
El dispositivo MERIE (Grabado de iones reactivos mejorado magnéticamente) es un dispositivo de grabado que se construye agregando un campo magnético de CC a un dispositivo RIE de panel plano y está destinado a aumentar la velocidad de grabado.
Los equipos MERIE se pusieron en uso a gran escala en la década de 1990, cuando los equipos de grabado de una sola oblea se habían convertido en el equipo principal de la industria. La mayor desventaja de los equipos MERIE es que la falta de homogeneidad en la distribución espacial de la concentración de plasma causada por el campo magnético dará lugar a diferencias de corriente o voltaje en el dispositivo de circuito integrado, provocando así daños en el dispositivo. Dado que este daño es causado por una falta de homogeneidad instantánea, la rotación del campo magnético no puede eliminarlo. A medida que el tamaño de los circuitos integrados continúa reduciéndose, el daño de sus dispositivos es cada vez más sensible a la falta de homogeneidad del plasma, y la tecnología de aumentar la tasa de grabado mejorando el campo magnético ha sido reemplazada gradualmente por la tecnología de grabado de iones reactivos planos con fuente de alimentación de RF múltiple, que es decir, tecnología de grabado por plasma acoplado capacitivamente.
4.5 Equipo de grabado por plasma acoplado capacitivamente
El equipo de grabado con plasma acoplado capacitivamente (CCP) es un dispositivo que genera plasma en una cámara de reacción mediante acoplamiento capacitivo aplicando una fuente de alimentación de radiofrecuencia (o CC) a la placa del electrodo y se utiliza para grabar. Su principio de grabado es similar al de los equipos de grabado de iones reactivos.
A continuación se muestra el diagrama esquemático simplificado del equipo de grabado CCP. Generalmente utiliza dos o tres fuentes de RF de diferentes frecuencias y algunas también utilizan fuentes de alimentación de CC. La frecuencia de la fuente de alimentación RF es de 800kHz~162MHz, y las más utilizadas son 2MHz, 4MHz, 13MHz, 27MHz, 40MHz y 60MHz. Las fuentes de alimentación de RF con una frecuencia de 2MHz o 4MHz generalmente se denominan fuentes de RF de baja frecuencia. Generalmente están conectados al electrodo inferior donde se encuentra la oblea. Son más eficaces para controlar la energía iónica, por lo que también se denominan fuentes de alimentación polarizadas; Las fuentes de alimentación de RF con una frecuencia superior a 27 MHz se denominan fuentes de RF de alta frecuencia. Se pueden conectar al electrodo superior o al electrodo inferior. Son más eficaces para controlar la concentración plasmática, por lo que también se les llama fuentes de alimentación. La fuente de alimentación de RF de 13MHz está en el medio y generalmente se considera que tiene las dos funciones anteriores, pero es relativamente más débil. Tenga en cuenta que, aunque la concentración y la energía del plasma se pueden ajustar dentro de un cierto rango mediante la potencia de fuentes de RF de diferentes frecuencias (el llamado efecto de desacoplamiento), debido a las características del acoplamiento capacitivo, no se pueden ajustar ni controlar de forma completamente independiente.
La distribución de energía de los iones tiene un impacto significativo en el rendimiento detallado del grabado y en el daño del dispositivo, por lo que el desarrollo de tecnología para optimizar la distribución de energía de los iones se ha convertido en uno de los puntos clave de los equipos de grabado avanzados. Actualmente, las tecnologías que se han utilizado con éxito en la producción incluyen accionamiento híbrido de RF múltiple, superposición de CC, RF combinada con polarización de pulso de CC y salida de RF pulsada síncrona de la fuente de alimentación de polarización y la fuente de alimentación.
El equipo de grabado CCP es uno de los dos tipos de equipos de grabado por plasma más utilizados. Se utiliza principalmente en el proceso de grabado de materiales dieléctricos, como el grabado de paredes laterales de puertas y máscaras duras en la etapa frontal del proceso de chip lógico, grabado de orificios de contacto en la etapa intermedia, grabado de mosaicos y almohadillas de aluminio en la etapa posterior, así como grabado de zanjas profundas, orificios profundos y orificios de contacto de cableado en el proceso de chip de memoria flash 3D (tomando como ejemplo la estructura de nitruro de silicio/óxido de silicio).
Hay dos desafíos principales y direcciones de mejora que enfrentan los equipos de grabado CCP. En primer lugar, en la aplicación de energía iónica extremadamente alta, la capacidad de grabado de estructuras de alta relación de aspecto (como el grabado de orificios y ranuras de la memoria flash 3D requiere una relación superior a 50:1). El método actual de aumentar la potencia de polarización para aumentar la energía iónica ha utilizado fuentes de alimentación de RF de hasta 10.000 vatios. En vista de la gran cantidad de calor generado, es necesario mejorar continuamente la tecnología de enfriamiento y control de temperatura de la cámara de reacción. En segundo lugar, es necesario que haya un gran avance en el desarrollo de nuevos gases de grabado para resolver fundamentalmente el problema de la capacidad de grabado.
4.6 Equipo de grabado por plasma acoplado inductivamente
El equipo de grabado con plasma acoplado inductivamente (ICP) es un dispositivo que acopla la energía de una fuente de energía de radiofrecuencia a una cámara de reacción en forma de campo magnético a través de una bobina inductora, generando así plasma para el grabado. Su principio de grabado también pertenece al grabado con iones reactivos generalizado.
Hay dos tipos principales de diseños de fuentes de plasma para equipos de grabado ICP. Una es la tecnología de plasma acoplado por transformador (TCP) desarrollada y producida por Lam Research. Su bobina inductora se coloca en el plano de la ventana dieléctrica sobre la cámara de reacción. La señal de RF de 13,56 MHz genera un campo magnético alterno en la bobina que es perpendicular a la ventana dieléctrica y diverge radialmente con el eje de la bobina como centro.
El campo magnético ingresa a la cámara de reacción a través de la ventana dieléctrica, y el campo magnético alterno genera un campo eléctrico alterno paralelo a la ventana dieléctrica en la cámara de reacción, logrando así la disociación del gas de grabado y generando plasma. Dado que este principio puede entenderse como un transformador con una bobina inductora como devanado primario y el plasma en la cámara de reacción como devanado secundario, el grabado ICP lleva este nombre.
La principal ventaja de la tecnología TCP es que la estructura es fácil de ampliar. Por ejemplo, desde una oblea de 200 mm hasta una oblea de 300 mm, TCP puede mantener el mismo efecto de grabado simplemente aumentando el tamaño de la bobina.
Otro diseño de fuente de plasma es la tecnología de fuente de plasma desacoplada (DPS) desarrollada y producida por Applied Materials, Inc. de Estados Unidos. Su bobina inductora está enrollada tridimensionalmente en una ventana dieléctrica hemisférica. El principio de generación de plasma es similar a la tecnología TCP antes mencionada, pero la eficiencia de disociación del gas es relativamente alta, lo que favorece la obtención de una mayor concentración de plasma.
Dado que la eficiencia del acoplamiento inductivo para generar plasma es mayor que la del acoplamiento capacitivo, y el plasma se genera principalmente en el área cercana a la ventana dieléctrica, su concentración de plasma está determinada básicamente por la potencia de la fuente de alimentación conectada al inductor. Bobina, y la energía de los iones en la vaina de iones en la superficie de la oblea está determinada básicamente por la potencia de la fuente de alimentación de polarización, por lo que la concentración y la energía de los iones se pueden controlar de forma independiente, logrando así el desacoplamiento.
El equipo de grabado ICP es uno de los dos tipos de equipos de grabado por plasma más utilizados. Se utiliza principalmente para grabar zanjas poco profundas de silicio, germanio (Ge), estructuras de puertas de polisilicio, estructuras de puertas metálicas, silicio tenso (Strained-Si), alambres metálicos, almohadillas metálicas (Pads), máscaras duras de metal para grabado en mosaico y múltiples procesos en tecnología de imágenes múltiples.
Además, con el auge de los circuitos integrados tridimensionales, los sensores de imagen CMOS y los sistemas microelectromecánicos (MEMS), así como el rápido aumento en la aplicación de vías pasantes de silicio (TSV), orificios oblicuos de gran tamaño y Grabado profundo de silicio con diferentes morfologías, muchos fabricantes han lanzado equipos de grabado desarrollados específicamente para estas aplicaciones. Sus características son una gran profundidad de grabado (decenas o incluso cientos de micrones), por lo que funciona principalmente en condiciones de alto flujo de gas, alta presión y alta potencia.
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Hora de publicación: 31 de agosto de 2024