Une introduction
La gravure dans le processus de fabrication des circuits intégrés est divisée en :
-Gravure humide ;
-Gravure à sec.
Au début, la gravure humide était largement utilisée, mais en raison de ses limites en termes de contrôle de la largeur de ligne et de directionnalité de gravure, la plupart des processus après 3 μm utilisent une gravure sèche. La gravure humide n'est utilisée que pour éliminer certaines couches de matériaux spéciaux et nettoyer les résidus.
La gravure sèche fait référence au processus d'utilisation d'agents de gravure chimiques gazeux pour réagir avec les matériaux présents sur la tranche afin de graver la partie du matériau à éliminer et de former des produits de réaction volatils, qui sont ensuite extraits de la chambre de réaction. L'agent de gravure est généralement généré directement ou indirectement à partir du plasma du gaz de gravure, c'est pourquoi la gravure sèche est également appelée gravure au plasma.
1.1Plasma
Le plasma est un gaz dans un état faiblement ionisé formé par une décharge luminescente d'un gaz de gravure sous l'action d'un champ électromagnétique externe (tel que généré par une alimentation radiofréquence). Il comprend des électrons, des ions et des particules actives neutres. Parmi elles, les particules actives peuvent réagir directement chimiquement avec le matériau gravé pour réaliser une gravure, mais cette réaction chimique pure ne se produit généralement que dans un très petit nombre de matériaux et n'est pas directionnelle ; lorsque les ions ont une certaine énergie, ils peuvent être gravés par pulvérisation physique directe, mais le taux de gravure de cette réaction physique pure est extrêmement faible et la sélectivité est très mauvaise.
La plupart des gravures au plasma sont réalisées avec la participation simultanée de particules actives et d'ions. Dans ce processus, le bombardement ionique remplit deux fonctions. La première consiste à détruire les liaisons atomiques à la surface du matériau gravé, augmentant ainsi la vitesse à laquelle les particules neutres réagissent avec lui ; l'autre consiste à éliminer les produits de réaction déposés sur l'interface de réaction pour faciliter le contact complet de l'agent de gravure avec la surface du matériau gravé, de sorte que la gravure se poursuive.
Les produits de réaction déposés sur les parois latérales de la structure gravée ne peuvent pas être efficacement éliminés par bombardement ionique directionnel, bloquant ainsi la gravure des parois latérales et formant une gravure anisotrope.
Deuxième processus de gravure
2.1 Gravure humide et nettoyage
La gravure humide est l’une des premières technologies utilisées dans la fabrication de circuits intégrés. Bien que la plupart des procédés de gravure humide aient été remplacés par la gravure sèche anisotrope en raison de sa gravure isotrope, celle-ci joue toujours un rôle important dans le nettoyage de couches non critiques de plus grandes tailles. Surtout dans la gravure des résidus d'élimination des oxydes et le décapage épidermique, il est plus efficace et plus économique que la gravure sèche.
Les objets de gravure humide comprennent principalement l'oxyde de silicium, le nitrure de silicium, le silicium monocristallin et le silicium polycristallin. La gravure humide de l'oxyde de silicium utilise généralement l'acide fluorhydrique (HF) comme principal support chimique. Afin d'améliorer la sélectivité, de l'acide fluorhydrique dilué tamponné par du fluorure d'ammonium est utilisé dans le procédé. Afin de maintenir la stabilité de la valeur du pH, une petite quantité d'acide fort ou d'autres éléments peut être ajoutée. L'oxyde de silicium dopé est plus facilement corrodé que l'oxyde de silicium pur. Le décapage chimique humide est principalement utilisé pour éliminer la résine photosensible et les masques durs (nitrure de silicium). L'acide phosphorique chaud (H3PO4) est le principal liquide chimique utilisé pour le décapage chimique humide afin d'éliminer le nitrure de silicium et présente une bonne sélectivité pour l'oxyde de silicium.
Le nettoyage humide est similaire à la gravure humide et élimine principalement les polluants présents à la surface des plaquettes de silicium par le biais de réactions chimiques, notamment les particules, les matières organiques, les métaux et les oxydes. Le nettoyage humide traditionnel est une méthode chimique humide. Bien que le nettoyage à sec puisse remplacer de nombreuses méthodes de nettoyage humide, aucune méthode ne peut remplacer complètement le nettoyage humide.
Les produits chimiques couramment utilisés pour le nettoyage humide comprennent l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide fluorhydrique, l'acide phosphorique, le peroxyde d'hydrogène, l'hydroxyde d'ammonium, le fluorure d'ammonium, etc. Dans les applications pratiques, un ou plusieurs produits chimiques sont mélangés à de l'eau déminéralisée dans une certaine proportion selon les besoins. former une solution de nettoyage, telle que SC1, SC2, DHF, BHF, etc.
Le nettoyage est souvent utilisé dans le processus précédant le dépôt du film d'oxyde, car la préparation du film d'oxyde doit être effectuée sur une surface de plaquette de silicium absolument propre. Le processus courant de nettoyage des plaquettes de silicium est le suivant :
2.2 Gravure à secet nettoyage
2.2.1 Gravure à sec
La gravure sèche dans l'industrie fait principalement référence à la gravure au plasma, qui utilise un plasma avec une activité améliorée pour graver des substances spécifiques. Le système d’équipement des processus de production à grande échelle utilise un plasma hors équilibre à basse température.
La gravure plasma utilise principalement deux modes de décharge : la décharge couplée capacitive et la décharge couplée inductive
En mode de décharge à couplage capacitif : le plasma est généré et maintenu dans deux condensateurs à plaques parallèles par une alimentation externe à radiofréquence (RF). La pression du gaz est généralement de plusieurs millitorrs à plusieurs dizaines de millitorrs et le taux d'ionisation est inférieur à 10-5. Dans le mode de décharge à couplage inductif : généralement à une pression de gaz inférieure (dizaines de millitorr), le plasma est généré et maintenu par une énergie d'entrée à couplage inductif. Le taux d'ionisation est généralement supérieur à 10-5, c'est pourquoi on l'appelle également plasma haute densité. Des sources de plasma haute densité peuvent également être obtenues par résonance cyclotronique électronique et décharge d'ondes cyclotroniques. Le plasma haute densité peut optimiser le taux de gravure et la sélectivité du processus de gravure tout en réduisant les dommages causés par la gravure en contrôlant indépendamment le flux d'ions et l'énergie de bombardement ionique via une alimentation externe RF ou micro-ondes et une alimentation de polarisation RF sur le substrat.
Le processus de gravure sèche est le suivant : le gaz de gravure est injecté dans la chambre de réaction sous vide, et une fois la pression dans la chambre de réaction stabilisée, le plasma est généré par décharge luminescente radiofréquence ; après avoir été impacté par des électrons à grande vitesse, il se décompose pour produire des radicaux libres qui diffusent à la surface du substrat et sont adsorbés. Sous l'action du bombardement ionique, les radicaux libres adsorbés réagissent avec des atomes ou des molécules à la surface du substrat pour former des sous-produits gazeux qui sont évacués de la chambre de réaction. Le processus est illustré dans la figure suivante :
Les procédés de gravure sèche peuvent être divisés en quatre catégories suivantes :
(1)Gravure par pulvérisation physique: Il s'appuie principalement sur les ions énergétiques du plasma pour bombarder la surface du matériau gravé. Le nombre d'atomes pulvérisés dépend de l'énergie et de l'angle des particules incidentes. Lorsque l'énergie et l'angle restent inchangés, la vitesse de pulvérisation des différents matériaux ne diffère généralement que de 2 à 3 fois, il n'y a donc pas de sélectivité. Le processus réactionnel est principalement anisotrope.
(2)Gravure chimique: Le plasma fournit des atomes et des molécules de gravure en phase gazeuse, qui réagissent chimiquement avec la surface du matériau pour produire des gaz volatils. Cette réaction purement chimique a une bonne sélectivité et présente des caractéristiques isotropes sans tenir compte de la structure du réseau.
Par exemple : Si (solide) + 4F → SiF4 (gazeux), photorésist + O (gazeux) → CO2 (gazeux) + H2O (gazeux)
(3)Gravure pilotée par l'énergie ionique: Les ions sont à la fois des particules qui provoquent la gravure et des particules porteuses d'énergie. L'efficacité de gravure de telles particules porteuses d'énergie est supérieure de plus d'un ordre de grandeur à celle d'une simple gravure physique ou chimique. Parmi eux, l’optimisation des paramètres physiques et chimiques du processus est au cœur du contrôle du processus de gravure.
(4)Gravure composite à barrière ionique: Il s'agit principalement de la génération d'une couche protectrice barrière polymère par des particules composites lors du processus de gravure. Le plasma nécessite une telle couche protectrice pour empêcher la réaction de gravure des parois latérales pendant le processus de gravure. Par exemple, l'ajout de C à la gravure de Cl et Cl2 peut produire une couche de composé chlorocarboné pendant la gravure pour protéger les parois latérales contre la gravure.
2.2.1 Nettoyage à sec
Le nettoyage à sec fait principalement référence au nettoyage au plasma. Les ions du plasma sont utilisés pour bombarder la surface à nettoyer, et les atomes et molécules à l'état activé interagissent avec la surface à nettoyer, de manière à éliminer et à réduire en cendres la résine photosensible. Contrairement à la gravure à sec, les paramètres du processus de nettoyage à sec n'incluent généralement pas de sélectivité directionnelle, de sorte que la conception du processus est relativement simple. Dans les processus de production à grande échelle, les gaz à base de fluor, d’oxygène ou d’hydrogène sont principalement utilisés comme corps principal du plasma réactionnel. De plus, l'ajout d'une certaine quantité de plasma d'argon peut renforcer l'effet de bombardement ionique, améliorant ainsi l'efficacité du nettoyage.
Dans le processus de nettoyage à sec au plasma, la méthode du plasma à distance est généralement utilisée. En effet, dans le processus de nettoyage, on espère réduire l'effet de bombardement des ions dans le plasma afin de contrôler les dommages causés par le bombardement ionique ; et la réaction améliorée des radicaux libres chimiques peut améliorer l'efficacité du nettoyage. Le plasma distant peut utiliser des micro-ondes pour générer un plasma stable et de haute densité à l'extérieur de la chambre de réaction, générant un grand nombre de radicaux libres qui pénètrent dans la chambre de réaction pour réaliser la réaction requise pour le nettoyage. La plupart des sources de gaz de nettoyage à sec de l'industrie utilisent des gaz à base de fluor, tels que le NF3, et plus de 99 % du NF3 est décomposé dans le plasma micro-ondes. Il n'y a presque aucun effet de bombardement ionique dans le processus de nettoyage à sec, il est donc avantageux de protéger la plaquette de silicium contre les dommages et de prolonger la durée de vie de la chambre de réaction.
Trois équipements de gravure et de nettoyage humides
3.1 Machine de nettoyage de plaquettes de type réservoir
La machine de nettoyage de plaquettes de type auge est principalement composée d'un module de transmission de boîte de transfert de plaquettes à ouverture frontale, d'un module de transmission de chargement/déchargement de plaquettes, d'un module d'admission d'air d'échappement, d'un module de réservoir de liquide chimique, d'un module de réservoir d'eau déminéralisée, d'un réservoir de séchage. module et un module de commande. Il peut nettoyer plusieurs boîtes de plaquettes en même temps et réaliser le séchage et le séchage des plaquettes.
3.2 Graveur de tranches de tranches
3.3 Équipement de traitement humide d’une seule plaquette
Selon les différents objectifs du processus, les équipements de traitement par voie humide pour une seule tranche peuvent être divisés en trois catégories. La première catégorie concerne les équipements de nettoyage de tranches uniques, dont les objectifs de nettoyage comprennent les particules, les matières organiques, la couche d'oxyde naturelle, les impuretés métalliques et autres polluants ; la deuxième catégorie concerne les équipements de nettoyage de tranches uniques, dont le principal objectif du processus est d'éliminer les particules à la surface de la tranche ; la troisième catégorie concerne les équipements de gravure sur tranche unique, principalement utilisés pour éliminer les films minces. Selon les différents objectifs du processus, les équipements de gravure sur tranche unique peuvent être divisés en deux types. Le premier type est un équipement de gravure douce, qui est principalement utilisé pour éliminer les couches endommagées du film de surface causées par l'implantation d'ions à haute énergie ; le deuxième type est un équipement d'élimination de couche sacrificielle, qui est principalement utilisé pour éliminer les couches barrières après un amincissement de la tranche ou un polissage chimico-mécanique.
Du point de vue de l'architecture globale de la machine, l'architecture de base de tous les types d'équipements de traitement par voie humide à tranche unique est similaire, composée généralement de six parties : châssis principal, système de transfert de tranche, module de chambre, module d'alimentation et de transfert de liquide chimique, système logiciel. et module de commande électronique.
3.4 Équipement de nettoyage de tranche unique
L'équipement de nettoyage de plaquette unique est conçu sur la base de la méthode de nettoyage RCA traditionnelle et son objectif est de nettoyer les particules, les matières organiques, la couche d'oxyde naturelle, les impuretés métalliques et autres polluants. En termes d'application de processus, l'équipement de nettoyage de tranche unique est actuellement largement utilisé dans les processus front-end et back-end de la fabrication de circuits intégrés, y compris le nettoyage avant et après la formation du film, le nettoyage après gravure au plasma, le nettoyage après implantation ionique, le nettoyage après chimique. polissage mécanique et nettoyage après dépôt de métal. À l'exception du processus à l'acide phosphorique à haute température, l'équipement de nettoyage d'une seule tranche est fondamentalement compatible avec tous les processus de nettoyage.
3.5 Équipement de gravure sur une seule plaquette
L’objectif du processus de l’équipement de gravure d’une seule tranche est principalement la gravure de couches minces. Selon l'objectif du processus, il peut être divisé en deux catégories, à savoir l'équipement de gravure légère (utilisé pour éliminer la couche de dommage du film de surface causée par l'implantation d'ions à haute énergie) et l'équipement d'élimination de la couche sacrificielle (utilisé pour enlever la couche barrière après la tranche). amincissement ou polissage mécano-chimique). Les matériaux qui doivent être éliminés au cours du processus comprennent généralement des couches de silicium, d'oxyde de silicium, de nitrure de silicium et de films métalliques.
Quatre équipements de gravure à sec et de nettoyage
4.1 Classification des équipements de gravure plasma
En plus des équipements de gravure par pulvérisation ionique proches de la réaction physique pure et des équipements de dégommage proches de la réaction chimique pure, la gravure plasma peut être grossièrement divisée en deux catégories selon les différentes technologies de génération et de contrôle du plasma :
-Gravure au plasma à couplage capacitif (CCP);
-Gravure au plasma à couplage inductif (ICP).
4.1.1 PCC
La gravure au plasma à couplage capacitif consiste à connecter l'alimentation radiofréquence à l'une ou aux deux électrodes supérieure et inférieure dans la chambre de réaction, et le plasma entre les deux plaques forme un condensateur dans un circuit équivalent simplifié.
Il existe deux premières technologies de ce type:
L’une est la première gravure au plasma, qui connecte l’alimentation RF à l’électrode supérieure et l’électrode inférieure où se trouve la tranche est mise à la terre. Étant donné que le plasma généré de cette manière ne formera pas une gaine ionique suffisamment épaisse sur la surface de la tranche, l'énergie du bombardement ionique est faible et elle est généralement utilisée dans des processus tels que la gravure du silicium qui utilisent des particules actives comme agent de gravure principal.
L'autre est la gravure ionique réactive précoce (RIE), qui connecte l'alimentation RF à l'électrode inférieure où se trouve la tranche et met à la terre l'électrode supérieure avec une plus grande surface. Cette technologie peut former une gaine ionique plus épaisse, adaptée aux processus de gravure diélectrique qui nécessitent une énergie ionique plus élevée pour participer à la réaction. Sur la base d'une gravure ionique réactive précoce, un champ magnétique CC perpendiculaire au champ électrique RF est ajouté pour former une dérive ExB, ce qui peut augmenter le risque de collision des électrons et des particules de gaz, améliorant ainsi efficacement la concentration du plasma et le taux de gravure. Cette gravure est appelée gravure ionique réactive améliorée par champ magnétique (MERIE).
Les trois technologies ci-dessus présentent un inconvénient commun : la concentration du plasma et son énergie ne peuvent pas être contrôlées séparément. Par exemple, afin d'augmenter le taux de gravure, la méthode d'augmentation de la puissance RF peut être utilisée pour augmenter la concentration du plasma, mais l'augmentation de la puissance RF entraînera inévitablement une augmentation de l'énergie ionique, ce qui endommagera les appareils sur la plaquette. Au cours de la dernière décennie, la technologie de couplage capacitif a adopté une conception composée de plusieurs sources RF, connectées respectivement aux électrodes supérieure et inférieure, ou aux deux électrodes inférieures.
En sélectionnant et en faisant correspondre différentes fréquences RF, la surface des électrodes, l'espacement, les matériaux et d'autres paramètres clés sont coordonnés les uns avec les autres, la concentration du plasma et l'énergie ionique peuvent être découplées autant que possible.
4.1.2 PCI
La gravure au plasma à couplage inductif consiste à placer un ou plusieurs ensembles de bobines connectées à une alimentation radiofréquence sur ou autour de la chambre de réaction. Le champ magnétique alternatif généré par le courant radiofréquence dans la bobine pénètre dans la chambre de réaction à travers la fenêtre diélectrique pour accélérer les électrons, générant ainsi du plasma. Dans un circuit équivalent simplifié (transformateur), la bobine est l'inductance de l'enroulement primaire et le plasma est l'inductance de l'enroulement secondaire.
Cette méthode de couplage peut atteindre une concentration plasmatique supérieure de plusieurs ordres de grandeur au couplage capacitif à basse pression. De plus, la seconde alimentation RF est connectée à l'emplacement de la tranche en tant qu'alimentation de polarisation pour fournir une énergie de bombardement ionique. Par conséquent, la concentration ionique dépend de la source d’alimentation de la bobine et l’énergie ionique dépend de l’alimentation électrique de polarisation, permettant ainsi un découplage plus approfondi de la concentration et de l’énergie.
4.2 Équipement de gravure au plasma
Presque tous les agents de gravure utilisés dans la gravure sèche sont générés directement ou indirectement à partir du plasma, c'est pourquoi la gravure sèche est souvent appelée gravure au plasma. La gravure plasma est un type de gravure plasma au sens large. Dans les deux premières conceptions de réacteurs à plaques plates, l'une consiste à mettre à la terre la plaque où se trouve la plaquette et l'autre plaque est connectée à la source RF ; l'autre est le contraire. Dans la première conception, la surface de la plaque mise à la terre est généralement plus grande que la surface de la plaque connectée à la source RF, et la pression du gaz dans le réacteur est élevée. La gaine ionique formée à la surface de la plaquette est très fine et la plaquette semble « immergée » dans le plasma. La gravure est principalement réalisée par la réaction chimique entre les particules actives du plasma et la surface du matériau gravé. L'énergie du bombardement ionique est très faible et sa participation à la gravure est très faible. Cette conception est appelée mode de gravure plasma. Dans une autre conception, le degré de participation au bombardement ionique étant relativement important, on parle de mode de gravure ionique réactive.
4.3 Équipement de gravure ionique réactive
La gravure ionique réactive (RIE) fait référence à un processus de gravure dans lequel des particules actives et des ions chargés participent simultanément au processus. Parmi elles, les particules actives sont principalement des particules neutres (également appelées radicaux libres), à forte concentration (environ 1 à 10 % de la concentration du gaz), qui sont les principaux composants de l'agent de gravure. Les produits produits par la réaction chimique entre eux et le matériau gravé sont soit volatilisés et directement extraits de la chambre de réaction, soit accumulés sur la surface gravée ; tandis que les ions chargés sont à une concentration plus faible (10-4 à 10-3 de la concentration du gaz), et ils sont accélérés par le champ électrique de la gaine ionique formée sur la surface de la tranche pour bombarder la surface gravée. Les particules chargées ont deux fonctions principales. La première consiste à détruire la structure atomique du matériau gravé, accélérant ainsi la vitesse à laquelle les particules actives réagissent avec lui ; l'autre consiste à bombarder et à éliminer les produits de réaction accumulés afin que le matériau gravé soit en plein contact avec les particules actives, afin que la gravure se poursuive.
Étant donné que les ions ne participent pas directement à la réaction de gravure (ou ne représentent qu'une très petite proportion, comme l'élimination du bombardement physique et la gravure chimique directe des ions actifs), à proprement parler, le processus de gravure ci-dessus devrait être appelé gravure assistée par ions. Le nom de gravure ionique réactive n’est pas exact, mais il est encore utilisé aujourd’hui. Les premiers équipements RIE ont été mis en service dans les années 1980. En raison de l’utilisation d’une seule alimentation RF et d’une conception de chambre de réaction relativement simple, elle présente des limites en termes de vitesse de gravure, d’uniformité et de sélectivité.
4.4 Équipement de gravure ionique réactive à champ magnétique amélioré
Le dispositif MERIE (Magneically Enhanced Reactive Ion Etching) est un dispositif de gravure construit en ajoutant un champ magnétique CC à un dispositif RIE à écran plat et destiné à augmenter le taux de gravure.
Les équipements MERIE ont été utilisés à grande échelle dans les années 1990, lorsque les équipements de gravure sur une seule plaquette étaient devenus l'équipement principal de l'industrie. Le plus grand inconvénient de l'équipement MERIE est que l'inhomogénéité de la distribution spatiale de la concentration du plasma provoquée par le champ magnétique entraînera des différences de courant ou de tension dans le dispositif à circuit intégré, provoquant ainsi des dommages au dispositif. Ces dommages étant provoqués par une inhomogénéité instantanée, la rotation du champ magnétique ne peut pas les éliminer. À mesure que la taille des circuits intégrés continue de diminuer, les dommages causés à leurs dispositifs sont de plus en plus sensibles à l'inhomogénéité du plasma, et la technologie consistant à augmenter le taux de gravure en améliorant le champ magnétique a été progressivement remplacée par la technologie de gravure ionique réactive planaire à alimentation multi-RF, qui est une technologie de gravure au plasma à couplage capacitif.
4.5 Équipement de gravure plasma à couplage capacitif
L'équipement de gravure à plasma à couplage capacitif (CCP) est un dispositif qui génère du plasma dans une chambre de réaction par couplage capacitif en appliquant une alimentation radiofréquence (ou CC) à la plaque d'électrode et est utilisé pour la gravure. Son principe de gravure est similaire à celui des équipements de gravure ionique réactive.
Le schéma simplifié de l’équipement de gravure CCP est présenté ci-dessous. Il utilise généralement deux ou trois sources RF de fréquences différentes, et certaines utilisent également des alimentations CC. La fréquence de l'alimentation RF est de 800 kHz à 162 MHz, et les fréquences couramment utilisées sont de 2 MHz, 4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz et 60 MHz. Les alimentations RF avec une fréquence de 2 MHz ou 4 MHz sont généralement appelées sources RF basse fréquence. Ils sont généralement connectés à l'électrode inférieure où se trouve la plaquette. Ils sont plus efficaces pour contrôler l’énergie ionique, c’est pourquoi ils sont également appelés alimentations de polarisation ; Les alimentations RF avec une fréquence supérieure à 27 MHz sont appelées sources RF haute fréquence. Ils peuvent être connectés soit à l'électrode supérieure, soit à l'électrode inférieure. Ils sont plus efficaces pour contrôler la concentration plasmatique, c'est pourquoi ils sont également appelés sources d'alimentation. L'alimentation RF 13 MHz se situe au milieu et est généralement considérée comme ayant les deux fonctions ci-dessus, mais elle est relativement plus faible. Notez que bien que la concentration et l'énergie du plasma puissent être ajustées dans une certaine plage par la puissance de sources RF de différentes fréquences (ce que l'on appelle l'effet de découplage), en raison des caractéristiques du couplage capacitif, elles ne peuvent pas être ajustées et contrôlées de manière totalement indépendante.
La distribution d'énergie des ions a un impact significatif sur les performances détaillées de la gravure et sur les dommages causés aux appareils. Le développement de technologies permettant d'optimiser la distribution de l'énergie des ions est devenu l'un des points clés des équipements de gravure avancés. Actuellement, les technologies qui ont été utilisées avec succès dans la production comprennent le pilotage hybride multi-RF, la superposition CC, la RF combinée à une polarisation d'impulsion CC et la sortie RF pulsée synchrone de l'alimentation de polarisation et de l'alimentation source.
L’équipement de gravure CCP est l’un des deux types d’équipement de gravure au plasma les plus utilisés. Il est principalement utilisé dans le processus de gravure de matériaux diélectriques, tels que la gravure des parois latérales de la porte et du masque dur à l'avant du processus de puce logique, la gravure des trous de contact à l'étape intermédiaire, la gravure des mosaïques et des tampons en aluminium à l'arrière, ainsi que gravure de tranchées profondes, de trous profonds et de trous de contact de câblage dans le processus de puce de mémoire flash 3D (en prenant comme exemple la structure du nitrure de silicium/oxyde de silicium).
Les équipements de gravure CCP sont confrontés à deux principaux défis et orientations d'amélioration. Premièrement, dans l’application d’une énergie ionique extrêmement élevée, la capacité de gravure de structures à rapport d’aspect élevé (telles que la gravure de trous et de rainures de mémoire flash 3D nécessite un rapport supérieur à 50:1). La méthode actuelle d'augmentation de la puissance de polarisation pour augmenter l'énergie ionique utilise des alimentations RF allant jusqu'à 10 000 watts. Compte tenu de la grande quantité de chaleur générée, la technologie de refroidissement et de contrôle de la température de la chambre de réaction doit être continuellement améliorée. Deuxièmement, il faut réaliser une percée dans le développement de nouveaux gaz de gravure pour résoudre fondamentalement le problème de la capacité de gravure.
4.6 Équipement de gravure au plasma à couplage inductif
L'équipement de gravure à plasma à couplage inductif (ICP) est un dispositif qui couple l'énergie d'une source d'énergie radiofréquence dans une chambre de réaction sous la forme d'un champ magnétique via une bobine inductrice, générant ainsi du plasma pour la gravure. Son principe de gravure appartient également à la gravure ionique réactive généralisée.
Il existe deux principaux types de conceptions de sources de plasma pour les équipements de gravure ICP. L’une est la technologie du plasma couplé par transformateur (TCP) développée et produite par Lam Research. Sa bobine inductrice est placée sur le plan de la fenêtre diélectrique au-dessus de la chambre de réaction. Le signal RF de 13,56 MHz génère un champ magnétique alternatif dans la bobine qui est perpendiculaire à la fenêtre diélectrique et diverge radialement avec l'axe de la bobine comme centre.
Le champ magnétique pénètre dans la chambre de réaction à travers la fenêtre diélectrique, et le champ magnétique alternatif génère un champ électrique alternatif parallèle à la fenêtre diélectrique dans la chambre de réaction, réalisant ainsi la dissociation du gaz de gravure et générant du plasma. Puisque ce principe peut être compris comme un transformateur avec une bobine d'induction comme enroulement primaire et le plasma dans la chambre de réaction comme enroulement secondaire, la gravure ICP porte son nom.
Le principal avantage de la technologie TCP est que la structure est facile à faire évoluer. Par exemple, d'une plaquette de 200 mm à une plaquette de 300 mm, TCP peut conserver le même effet de gravure en augmentant simplement la taille de la bobine.
Une autre conception de source de plasma est la technologie de source de plasma découplée (DPS) développée et produite par Applied Materials, Inc. des États-Unis. Sa bobine inductrice est enroulée en trois dimensions sur une fenêtre diélectrique hémisphérique. Le principe de génération de plasma est similaire à la technologie TCP susmentionnée, mais l'efficacité de dissociation des gaz est relativement élevée, ce qui favorise l'obtention d'une concentration plasmatique plus élevée.
Étant donné que l'efficacité du couplage inductif pour générer du plasma est supérieure à celle du couplage capacitif et que le plasma est principalement généré dans la zone proche de la fenêtre diélectrique, sa concentration en plasma est essentiellement déterminée par la puissance de la source d'alimentation connectée à l'inducteur. bobine, et l'énergie ionique dans la gaine ionique sur la surface de la tranche est essentiellement déterminée par la puissance de l'alimentation de polarisation, de sorte que la concentration et l'énergie des ions peuvent être contrôlées indépendamment, réalisant ainsi le découplage.
L’équipement de gravure ICP est l’un des deux types d’équipement de gravure plasma les plus utilisés. Il est principalement utilisé pour la gravure de tranchées peu profondes en silicium, de germanium (Ge), de structures de grille en polysilicium, de structures de grille métalliques, de silicium contraint (Si contraint), de fils métalliques, de tampons métalliques (Pads), de masques durs métalliques de gravure en mosaïque et de multiples processus dans technologie d'imagerie multiple.
De plus, avec l'essor des circuits intégrés tridimensionnels, des capteurs d'images CMOS et des systèmes microélectromécaniques (MEMS), ainsi que l'augmentation rapide de l'application des vias traversants en silicium (TSV), des trous obliques de grande taille et gravure profonde de silicium avec différentes morphologies, de nombreux fabricants ont lancé des équipements de gravure développés spécifiquement pour ces applications. Ses caractéristiques sont une grande profondeur de gravure (des dizaines, voire des centaines de microns), de sorte qu'il fonctionne principalement dans des conditions de débit de gaz élevé, de haute pression et de puissance élevée.
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Heure de publication : 31 août 2024