Ранняе мокрае траўленне спрыяла развіццю працэсаў ачысткі або азолення. Сёння сухое тручэнне з выкарыстаннем плазмы стала мэйнстрымампрацэс тручэння. Плазма складаецца з электронаў, катыёнаў і радыкалаў. Энергія, якая прыкладаецца да плазмы, прымушае самыя вонкавыя электроны зыходнага газу ў нейтральным стане адрывацца, такім чынам ператвараючы гэтыя электроны ў катыёны.
Акрамя таго, недасканалыя атамы ў малекулах можна пазбавіць шляхам прымянення энергіі для адукацыі электрычна нейтральных радыкалаў. Сухое тручэнне выкарыстоўвае катыёны і радыкалы, якія складаюць плазму, дзе катыёны анізатропныя (прыдатныя для тручэння ў пэўным кірунку), а радыкалы ізатропныя (прыдатныя для тручэння ва ўсіх напрамках). Колькасць радыкалаў значна большая, чым колькасць катыёнаў. У гэтым выпадку сухое тручэнне павінна быць ізатропным, як і вільготнае тручэнне.
Аднак менавіта анізатропнае тручэнне сухога тручэння робіць магчымымі звышмініяцюрныя схемы. У чым прычына гэтага? Акрамя таго, хуткасць тручэння катыёнаў і радыкалаў вельмі павольная. Такім чынам, як мы можам прымяніць метады плазменнага тручэння да масавай вытворчасці, сутыкнуўшыся з гэтым недахопам?
1. Суадносіны бакоў (A/R)
Малюнак 1. Паняцце суадносін бакоў і ўплыў на іх тэхнічнага прагрэсу
Суадносіны бакоў - гэта стаўленне гарызантальнай шырыні да вертыкальнай вышыні (г.зн. вышыня, падзеленая на шырыню). Чым менш крытычны памер (CD) схемы, тым большае значэнне суадносін бакоў. Гэта значыць, прымаючы значэнне суадносін бакоў 10 і шырыню 10 нм, вышыня адтуліны, прасвідраванай у працэсе тручэння, павінна быць 100 нм. Такім чынам, для прадуктаў наступнага пакалення, якія патрабуюць звышмініяцюрызацыі (2D) або высокай шчыльнасці (3D), патрабуюцца надзвычай высокія значэнні суадносін бакоў, каб катыёны маглі пранікаць праз ніжнюю плёнку падчас тручэння.
Для дасягнення тэхналогіі звышмініяцюрызацыі з крытычным памерам менш за 10 нм у 2D-прадуктах значэнне суадносін бакоў кандэнсатара дынамічнай памяці з адвольным доступам (DRAM) павінна падтрымлівацца вышэй за 100. Падобным чынам флэш-памяць 3D NAND таксама патрабуе больш высокіх значэнняў суадносін бакоў каб скласці 256 або больш слаёў ячэек. Нават калі ўмовы, неабходныя для іншых працэсаў, выкананы, неабходныя прадукты не могуць быць выраблены, каліпрацэс тручэнняне адпавядае стандарту. Вось чаму тэхналогія тручэння становіцца ўсё больш важнай.
2. Агляд плазменнага тручэння
Малюнак 2. Вызначэнне газавай крыніцы плазмы ў залежнасці ад тыпу плёнкі
Калі выкарыстоўваецца полая труба, чым менш дыяметр трубы, тым лягчэй вадкасць пранікае ўнутр, што з'яўляецца так званым капілярным феноменам. Аднак, калі ў адкрытай вобласці трэба прасвідраваць адтуліну (закрыты канец), паступленне вадкасці становіцца даволі цяжкім. Такім чынам, паколькі ў сярэдзіне 1970-х крытычны памер схемы складаў ад 3 мкм да 5 мкм, сухаятручэннепаступова замяніла мокрае тручэнне як асноўную плынь. Гэта значыць, хоць і іянізаваны, лягчэй пранікаць у глыбокія адтуліны, таму што аб'ём адной малекулы меншы, чым малекулы раствора арганічнага палімера.
Падчас плазменнага тручэння ўнутраная частка апрацоўчай камеры, якая выкарыстоўваецца для тручэння, павінна быць адрэгулявана да стану вакууму перад увядзеннем газу крыніцы плазмы, прыдатнага для адпаведнага пласта. Пры тручэнні цвёрдых аксідных плёнак трэба выкарыстоўваць больш моцныя зыходныя газы на аснове фтарыду вугляроду. Для адносна слабых крэмніевых або металічных плёнак трэба выкарыстоўваць плазменныя газы на аснове хлору.
Такім чынам, як трэба выгравіраваць пласт засаўкі і ізаляцыйны пласт дыяксіду крэмнію (SiO2), які ляжыць ніжэй?
Па-першае, для пласта засаўкі крэмній павінен быць выдалены з дапамогай плазмы на аснове хлору (крэмній + хлор) з селектыўнасцю тручэння полікрэмнія. Для ніжняга ізаляцыйнага пласта плёнку дыяксіду крэмнію трэба пратручваць у два этапы з выкарыстаннем плазменнага газу на аснове фтарыду вугляроду (дыяксід крэмнію + чатырохфтарыд вугляроду) з большай селектыўнасцю і эфектыўнасцю пратручвання.
3. Працэс рэактыўнага іённага тручэння (RIE або фізіка-хімічнага тручэння).
Малюнак 3. Перавагі рэактыўнага іённага тручэння (анізатрапія і высокая хуткасць тручэння)
Плазма змяшчае як ізатропныя свабодныя радыкалы, так і анізатропныя катыёны, так як жа яна выконвае анізатропнае тручэнне?
Плазменнае сухое тручэнне ў асноўным выконваецца метадам рэактыўнага іённага тручэння (RIE, Reactive Ion Etching) або прымянення на аснове гэтага метаду. Сутнасць метаду RIE заключаецца ў аслабленні сілы сувязі паміж малекуламі-мішэнямі ў плёнцы шляхам уздзеяння на вобласць тручэння анізатропнымі катыёнамі. Аслабленая вобласць паглынаецца свабоднымі радыкаламі, у спалучэнні з часціцамі, якія складаюць пласт, ператвараецца ў газ (лятучае злучэнне) і вызваляецца.
Нягледзячы на тое, што свабодныя радыкалы маюць ізатропныя характарыстыкі, малекулы, якія складаюць ніжнюю паверхню (чыя сіла звязвання аслаблена атакай катыёнаў), лягчэй захопліваюцца свабоднымі радыкаламі і ператвараюцца ў новыя злучэнні, чым бакавыя сценкі з моцнай сілай звязвання. Такім чынам, тручэнне ўніз становіцца мэйнстрымам. Захопленыя часціцы становяцца газам са свабоднымі радыкаламі, якія пад дзеяннем вакууму десорбируются і вызваляюцца з паверхні.
У гэты час катыёны, атрыманыя ў выніку фізічнага ўздзеяння, і свабодныя радыкалы, атрыманыя ў выніку хімічнага ўздзеяння, аб'ядноўваюцца для фізічнага і хімічнага тручэння, і хуткасць тручэння (Etch Rate, ступень тручэння за пэўны перыяд часу) павялічваецца ў 10 разоў. у параўнанні з адным толькі катыённым або свабоднарадыкальным тручэннем. Гэты метад можа не толькі павялічыць хуткасць тручэння анізатропнага тручэння ўніз, але і вырашыць праблему рэшткаў палімера пасля тручэння. Гэты метад называецца рэактыўным іённым тручэннем (RIE). Ключ да поспеху тручэння RIE заключаецца ў пошуку крыніцы плазменнага газу, прыдатнага для тручэння плёнкі. Заўвага: плазменнае тручэнне - гэта тручэнне RIE, і гэтыя два можна разглядаць як адну і тую ж канцэпцыю.
4. Хуткасць Etch і індэкс прадукцыйнасці ядра
Малюнак 4. Індэкс прадукцыйнасці Core Etch, звязаны з Etch Rate
Хуткасць тручэння адносіцца да глыбіні плёнкі, якая павінна быць дасягнута за адну хвіліну. Такім чынам, што значыць, што хуткасць тручэння вар'іруецца ад дэталі да часткі адной пласціны?
Гэта азначае, што глыбіня пратручвання адрозніваецца ад часткі да часткі пласціны. Па гэтай прычыне вельмі важна ўсталяваць канечную кропку (EOP), дзе тручэнне павінна спыніцца, улічваючы сярэднюю хуткасць і глыбіню тручэння. Нават калі EOP усталяваны, усё яшчэ ёсць некаторыя вобласці, дзе глыбіня пратручвання больш глыбокая (празмернае пратраўленне) або меншая (недастатковае пратручванне), чым першапачаткова планавалася. Аднак недастатковае пратручванне наносіць большую шкоду, чым празмернае пратручванне падчас пратручвання. Паколькі ў выпадку недатраўлення, недапрацаваная частка будзе перашкаджаць наступным працэсам, такім як іённая імплантацыя.
У той жа час селектыўнасць (якая вымяраецца хуткасцю тручэння) з'яўляецца ключавым паказчыкам эфектыўнасці працэсу тручэння. Стандарт вымярэння заснаваны на параўнанні хуткасці тручэння пласта маскі (фотарэзістная плёнка, аксідная плёнка, нітрыд крэмнію і г.д.) і мэтавага пласта. Гэта азначае, што чым вышэй селектыўнасць, тым хутчэй пратручваецца мэтавы пласт. Чым вышэй узровень мініяцюрызацыі, тым вышэй патрабаванні да селектыўнасці, каб пераканацца, што тонкія ўзоры могуць быць ідэальна прадстаўлены. Паколькі кірунак тручэння прамы, селектыўнасць катыённага тручэння нізкая, у той час як селектыўнасць радыкальнага тручэння высокая, што паляпшае селектыўнасць RIE.
5. Працэс тручэння
Малюнак 5. Працэс тручэння
Спачатку пласціна змяшчаецца ў акісляльную печ з тэмпературай, якая падтрымліваецца ад 800 да 1000 ℃, а затым сухім метадам на паверхні пласціны фарміруецца плёнка дыяксіду крэмнію (SiO2) з высокімі ізаляцыйнымі ўласцівасцямі. Затым пачынаецца працэс нанясення для фарміравання пласта крэмнію або токаправоднага пласта на аксіднай плёнцы метадам хімічнага нанясення з паравай фазы (CVD)/фізічнага нанясення з паравай фазы (PVD). Калі сфарміраваны крэмніевы пласт, пры неабходнасці можа быць выкананы працэс дыфузіі прымешак, каб павялічыць праводнасць. У працэсе дыфузіі прымешак часта дадаюцца некалькі прымешак.
У гэты час ізаляцыйны пласт і пласт полісілікону павінны быць аб'яднаны для тручэння. Спачатку выкарыстоўваецца фотарэзіст. Затым на фотарэзістную плёнку накладваецца маска і праводзіцца вільготная экспазіцыя шляхам апускання, каб аддрукаваць патрэбны ўзор (нябачны няўзброеным вокам) на фотарэзістнай плёнцы. Калі пры праяве выяўляецца контур малюнка, фотарэзіст у фотаадчувальнай зоне выдаляецца. Затым пласціна, апрацаваная ў працэсе фоталітаграфіі, перадаецца ў працэс тручэння для сухога тручэння.
Сухое тручэнне ў асноўным праводзіцца шляхам рэактыўнага іённага тручэння (RIE), пры якім тручэнне паўтараецца ў асноўным шляхам замены зыходнага газу, прыдатнага для кожнай плёнкі. І сухое, і вільготнае тручэнне накіраваны на павелічэнне суадносін бакоў (значэнне A/R) тручэння. Акрамя таго, патрабуецца рэгулярная чыстка для выдалення палімера, назапашанага на дне адтуліны (шчыліна, якая ўтварылася ў выніку тручэння). Важным момантам з'яўляецца тое, што ўсе зменныя (напрыклад, матэрыялы, зыходны газ, час, форма і паслядоўнасць) павінны быць адрэгуляваны арганічна, каб гарантаваць, што ачышчальны раствор або плазменны зыходны газ можа цячы ўніз на дно траншэі. Нязначнае змяненне зменнай патрабуе пераразліку іншых зменных, і гэты працэс пераразліку паўтараецца, пакуль не дасягне мэты кожнага этапу. Нядаўна аднаатамныя пласты, такія як пласты нанясення атамнага пласта (ALD), сталі танчэйшымі і цвярдзейшымі. Такім чынам, тэхналогія тручэння рухаецца да выкарыстання нізкіх тэмператур і ціску. Працэс тручэння накіраваны на кантроль крытычнага памеру (CD) для атрымання тонкіх узораў і забеспячэння таго, каб пазбегнуць праблем, выкліканых працэсам тручэння, асабліва недастатковага тручэння і праблем, звязаных з выдаленнем рэшткаў. Вышэйзгаданыя два артыкулы пра тручэнне маюць на мэце даць чытачам зразумець мэту працэсу тручэння, перашкоды для дасягнення вышэйзгаданых мэтаў і паказчыкі эфектыўнасці, якія выкарыстоўваюцца для пераадолення такіх перашкод.
Час публікацыі: 10 верасня 2024 г