Gravure et morphologie gravée

Dans le processus de fabrication des puces semi-conductrices, nous sommes comme construire un gratte-ciel sur un grain de riz. La machine de lithographie est comme un urbaniste, utilisant la « lumière » pour dessiner le plan du bâtiment sur la plaquette ; tandis que la gravure est comme un sculpteur doté d'outils de précision, chargé de découper avec précision les canaux, les trous et les lignes selon le plan. Si vous observez attentivement la section transversale de ces « canaux », vous constaterez que leurs formes ne sont pas uniformes ; certains sont trapézoïdaux (plus larges en haut et plus étroits en bas), tandis que d'autres sont des rectangles parfaits (parois latérales verticales). Ces formes ne sont pas arbitraires ; derrière eux se cache une interaction complexe de principes physiques et chimiques, déterminant directement les performances de la puce.

I. Principes de base de la gravure : une combinaison d'effets physiques et chimiques

En termes simples, la gravure est l'élimination sélective de matériaux non protégés par une résine photosensible. Il est principalement divisé en deux catégories :

Fidélité la plus élevée : il maintient une cohérence maximale avec le plan photolithographique, garantissant des dimensions critiques (CD) précises de l'appareil.

2. Gravure à sec (gravure au plasma) : Il s’agit de la technologie dominante aujourd’hui. Dans une chambre à vide, des gaz de traitement (tels que des gaz contenant du fluor ou du chlore) sont introduits et le plasma est généré par une alimentation radiofréquence. Le plasma contient des ions de haute énergie et des radicaux libres actifs qui travaillent ensemble sur la surface gravée.

La gravure sèche peut créer diverses formes précisément parce qu'elle peut combiner de manière flexible « l'attaque physique » et « l'attaque chimique » :

Composition chimique : Responsable des radicaux libres actifs. Ils réagissent chimiquement avec le matériau de surface de la plaquette, générant des produits volatils qui sont ensuite éliminés. Cette attaque est isotrope, ce qui lui permet de « passer à travers » et de graver latéralement, formant facilement des formes trapézoïdales.

Composition physique : Des ions de haute énergie chargés positivement, accélérés par un champ électrique, bombardent perpendiculairement la surface de la plaquette. Semblable au sablage d'une surface, ce « bombardement ionique » est anisotrope, principalement verticalement vers le bas, et peut « en ligne droite » sculpter les parois latérales.

II. Décrypter deux profils classiques : la naissance des trapèzes et des profils rectangulaires

1. Trapèze (profil effilé) – principalement une attaque chimique

Principe de formation : Lorsque la gravure chimique domine le processus, alors que le bombardement physique est plus faible, les événements suivants se produisent : la gravure se déroule non seulement vers le bas, mais corrode également latéralement la zone située sous le masque photorésistant et les parois latérales exposées. Cela amène le matériau situé sous le masque protégé à être progressivement « creusé », formant une paroi latérale inclinée plus large en haut et plus étroite en bas, c'est-à-dire un trapèze.

Bonne couverture des marches : lors des processus ultérieurs de dépôt de couches minces, la structure inclinée du trapèze facilite la couverture uniforme des matériaux (tels que les métaux), évitant ainsi les fractures dans les coins abrupts.

Contrainte réduite : la structure inclinée disperse mieux les contraintes, améliorant ainsi la fiabilité de l'appareil.

Tolérance de processus élevée : Relativement facile à mettre en œuvre.

2. Rectangulaire (profil vertical) – Attaque principalement physique

Principe de formation : Lorsque le bombardement ionique physique domine le processus et que la composition chimique est soigneusement contrôlée, un profil rectangulaire se forme. Des ions de haute énergie, comme d'innombrables petits projectiles, bombardent la surface de la plaquette presque verticalement, atteignant des taux de gravure verticale extrêmement élevés. Simultanément, le bombardement ionique forme une « couche de passivation » (par exemple, formée par des sous-produits de gravure) sur les parois latérales ; ce film protecteur résiste efficacement à la corrosion latérale due aux radicaux libres chimiques. En fin de compte, la gravure ne peut se dérouler que verticalement vers le bas, créant ainsi une structure rectangulaire avec des parois latérales à près de 90 degrés.

Dans les processus de fabrication avancés, la densité des transistors est extrêmement élevée et l’espace est extrêmement précieux.

Fidélité la plus élevée : il maintient une cohérence maximale avec le plan photolithographique, garantissant des dimensions critiques (CD) précises de l'appareil.

Gain de place : les structures verticales permettent de fabriquer des dispositifs dans un encombrement minimal, clé de la miniaturisation des puces.

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