Processo colaborativo de gravação de litografia de circuito integrado-

Litografia e gravação são os dois processos principais de transferência de padrões em nanoescala, e sua resolução, precisão e consistência juntas determinam o limite superior de desempenho e rendimento do dispositivo.

Este artigo classifica sistematicamente os principais mecanismos, parâmetros de controle e a mais recente evolução tecnológica de todo o processo de revestimento fotorresistente, exposição, revelação e gravação.

Os detalhes são os seguintes:

Processo de litografia

Processo de gravação

Processo de litografia

Na fabricação de chips de circuitos integrados, o processo de litografia, como tecnologia central de transferência de padrões, replica o design do circuito na máscara, camada por camada, até a superfície do wafer por meio de processos ópticos e químicos precisos, e sua evolução tecnológica sempre girou em torno da melhoria da resolução e da otimização da estabilidade do processo.

Aplicação fotorresistente

O processo começa com o estágio de revestimento giratório do fotorresistente - depois que o wafer é adsorvido a vácuo-e fixado na mesa de suporte do revestidor giratório, o fotorresistente gotejante forma um filme uniforme com a ajuda da força centrífuga em alta velocidade de milhares de rotações por segundo, e a espessura do filme é controlada com precisão pela viscosidade coloidal, características do solvente e rotação parâmetros.

Como o fotorresistente é altamente sensível à temperatura e à umidade como um material de resina fotossensível, a área do fotorresistente precisa ser iluminada com iluminação amarela e manter estritamente um ambiente de temperatura e umidade constante para evitar flutuações nas propriedades do material.

Tipos de fotorresistentes

Os fotorresistentes são divididos em duas categorias de acordo com suas características de desenvolvimento: após a exposição, a área exposta se dissolve no revelador e a área não exposta é retida; A cola negativa faz o oposto e a área não exposta é removida. A escolha específica depende dos requisitos topológicos do padrão de circuito, como estruturas de linhas densas que preferem adesivos positivos para evitar defeitos de ponte nas bordas.

Pré-assado

Após o revestimento giratório, o wafer é aquecido a cerca de 80 graus em atmosfera de nitrogênio para promover a volatilização do solvente residual no filme, melhorar a adesão entre a camada adesiva e o substrato e a capacidade de resistir à interferência da exposição.

Eexposição

O estágio de exposição é uma parte crítica da transferência de padrões, onde o wafer é carregado em uma máquina de exposição escalonada ou scanner. Os steppers tradicionais projetam o padrão da máscara na superfície do wafer em uma escala quádrupla por meio de um sistema de lentes de zoom, com resolução seguindo uma fórmula

R=kλ/NA

onde λ é o comprimento de onda da fonte de luz, NA é a abertura numérica da lente e k é o coeficiente do processo. Atualmente, a fonte de luz convencional usa laser excimer ArF com comprimento de onda de 193 nm e lentes de alto NA para obter resolução de comprimento de onda sub-. Para ultrapassar os limites de difração física, técnicas de super-resolução, como dupla exposição, máscaras-de mudança de fase e correção de efeito de proximidade óptica são amplamente utilizadas. Como uma forma atualizada de passo a passo, o scanner substitui a exposição de{7}largura total pela exposição de varredura de fenda, expandindo efetivamente o campo de visão e reduzindo a influência de aberrações de lente, e se tornou um equipamento padrão em processos avançados.

O cozimento pós-{0}}exposição (PEB) é necessário após a exposição, o que ativa o agente-produtor de ácido no fotorresistente por meio de tratamento térmico leve, promovendo reações catalíticas-ácidas, reduzindo os efeitos das ondas estacionárias e tornando os contornos das bordas do padrão mais nítidos.

Desenvolvimento

No processo de revelação, a área de exposição da cola positiva é dissolvida no revelador alcalino, formando um padrão de relevo consistente com a máscara. A cola negativa é definida pela dissolução da área não exposta. Após o desenvolvimento, ele precisa ser cozido e curado para aumentar a resistência ao ataque do fotorresiste e fornecer uma máscara protetora para ataque subsequente ou implantação iônica.

Nos últimos anos, a tecnologia de litografia ultravioleta extrema (EUV) rompeu o limite de resolução da litografia óptica tradicional com uma fonte de luz de comprimento de onda curto-de 13,5 nm e se tornou a principal solução de exposição para processos de 7 nm e inferiores. Combinada com diversas tecnologias de padronização, como imagem dupla com auto{4}}alinhamento (SADP) e imagem quádrupla com auto{5}}alinhamento (SAQP), a litografia EUV alcança maior integração enquanto controla efetivamente os custos e rendimentos do processo.

Além disso, a litografia de nanoimpressão (NIL), como tecnologia suplementar, realiza preparação de padrões abaixo de{1}}10 nm com impressão de alta precisão em cenários específicos, demonstrando um potencial de aplicação exclusivo. O desenvolvimento coordenado destas tecnologias continua a promover a evolução dos processos de litografia no sentido de maior precisão e menores taxas de defeitos, apoiando a inovação tecnológica e a iteração de produtos na indústria de semicondutores.

Processo de gravação

No processo de gravação de fabricação de circuitos integrados, a gravação a seco e a úmido conseguem a formação de padrões de película fina controlando com precisão o processo de remoção de material, e as duas se complementam em termos de caminhos técnicos e cenários aplicáveis.

Gravura a seco

A gravação a seco usa gravação de íon reativo (RIE) como núcleo, e seu equipamento adota uma estrutura de placa paralela: o wafer é colocado no eletrodo inferior na câmara de vácuo, o eletrodo superior é aterrado e o gás injetado é excitado pela aplicação de alta-tensão de frequência para formar um plasma, produzindo íons positivos, radicais livres e outras partículas ativas.

Essas partículas bombardeiam verticalmente a superfície do material sob a aceleração do campo elétrico e reagem quimicamente com a camada alvo para produzir produtos voláteis, que são descarregados através do sistema de vácuo para obter o efeito de corrosão anisotrópica. A chave para este processo é uma alta taxa de seleção, ou seja, a diferença na taxa de gravação entre o fotorresistente e a camada de material precisa ser grande o suficiente para garantir a fidelidade da transferência do padrão. Ao mesmo tempo, é necessário inibir o efeito de microcarga para evitar a flutuação da taxa de gravação causada por diferenças locais de densidade do padrão e para reduzir danos eletrostáticos e introdução de impurezas. Para melhorar a precisão, a tecnologia RIE moderna geralmente usa fontes de plasma acoplado indutivamente (ICP) ou fontes de plasma acoplado capacitivamente (CCP), combinadas com fonte de alimentação pulsada e tecnologia de aprimoramento de campo magnético para obter controle em nanoescala.

Gravura úmida

A gravação úmida depende da reação direta entre o líquido químico e o material e é dividida em dois modos: imersão e rotação. O tipo de imersão imerge o wafer na solução química do tanque de gravação e controla a taxa de reação por difusão. O tipo rotativo usa mecânica de fluidos para aumentar a eficiência da transferência de massa girando o wafer e pulverizando líquido químico.

Como a gravação úmida é de natureza isotrópica, suas características de perfuração lateral limitam a capacidade de microfabricação, e a máscara fotorresistente é facilmente corroída por líquidos químicos, por isso é usada principalmente para o processamento de estruturas de grande-tamanho ou materiais específicos (como metal, alumínio, óxido). Após a gravação, o fotorresiste residual precisa ser removido por desmoldagem a plasma ou peeling químico, em que a desmoldagem por plasma usa plasma de oxigênio para decompor a camada adesiva, e o peeling químico é dissolvido seletivamente com um solvente especial.

Nos últimos anos, a tecnologia de gravação evoluiu para maior precisão e proteção ambiental. No campo seco, a gravação em camada atômica (ALE) consegue uma remoção precisa no nível atômico único por meio de reações auto{1}}limitantes alternadas, combinando materiais de alta seletividade com parâmetros de plasma otimizados para ultrapassar os limites de resolução do RIE tradicional. Ao mesmo tempo, a estrutura de empilhamento tri-dimensional e a demanda de embalagens avançadas promovem o desenvolvimento de gravação profunda de silício, gravação de alta proporção de camada dielétrica e outras tecnologias, e o uso de plasma-de baixa temperatura e estratégias de mistura de gás para reduzir danos nas paredes laterais. Em termos de processo úmido, a pesquisa e o desenvolvimento de soluções químicas ecologicamente corretas (como fórmulas-isentas de flúor e de baixa-toxicidade) se tornaram uma tendência, com monitoramento on-line e sistemas de controle de circuito-fechado para obter controle preciso da taxa de corrosão e tratamento inofensivo de líquidos residuais.

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Além disso, as técnicas de gravação híbrida, como o processo combinado úmido-seco, oferecem vantagens em cenários específicos, como a redução da tensão do material por meio de pré-tratamento úmido e, em seguida, secagem da moldagem de padrões finos. Essas inovações continuam a impulsionar o processo de gravação em direções mais eficientes, mais ecológicas e mais precisas, apoiando a melhoria contínua do desempenho e da integração dos dispositivos semicondutores.