Ранното мокро ецване насърчава развитието на процеси на почистване или опепеляване. Днес сухото ецване с помощта на плазма се превърна в мейнстриймпроцес на ецване. Плазмата се състои от електрони, катиони и радикали. Енергията, приложена към плазмата, кара най-външните електрони на изходния газ в неутрално състояние да бъдат откъснати, като по този начин тези електрони се превръщат в катиони.
В допълнение, несъвършените атоми в молекулите могат да бъдат отстранени чрез прилагане на енергия за образуване на електрически неутрални радикали. Сухото ецване използва катиони и радикали, които изграждат плазмата, където катионите са анизотропни (подходящи за ецване в определена посока), а радикалите са изотропни (подходящи за ецване във всички посоки). Броят на радикалите е много по-голям от броя на катионите. В този случай сухото ецване трябва да бъде изотропно като мокрото ецване.
Въпреки това анизотропното ецване на сухото ецване прави възможни ултраминиатюризирани вериги. Каква е причината за това? В допълнение, скоростта на ецване на катиони и радикали е много бавна. И така, как можем да приложим методите на плазмено ецване към масовото производство при този недостатък?
1. Съотношение на страните (A/R)
Фигура 1. Концепцията за съотношението на страните и влиянието на технологичния прогрес върху него
Аспектното съотношение е съотношението на хоризонталната ширина към вертикалната височина (т.е. височината, разделена на ширината). Колкото по-малък е критичният размер (CD) на веригата, толкова по-голяма е стойността на аспектното съотношение. Тоест, приемайки стойност на аспектното съотношение 10 и ширина 10 nm, височината на дупката, пробита по време на процеса на ецване, трябва да бъде 100 nm. Ето защо, за продукти от следващо поколение, които изискват ултра-миниатюризация (2D) или висока плътност (3D), се изискват изключително високи стойности на аспектното съотношение, за да се гарантира, че катионите могат да проникнат през долния филм по време на ецване.
За постигане на технология за ултраминиатюризация с критичен размер под 10nm в 2D продукти, стойността на аспектното съотношение на кондензатора на динамичната памет с произволен достъп (DRAM) трябва да се поддържа над 100. По същия начин 3D NAND флаш паметта също изисква по-високи стойности на аспектното съотношение за подреждане на 256 слоя или повече от слоеве за подреждане на клетки. Дори ако условията, необходими за други процеси, са изпълнени, необходимите продукти не могат да бъдат произведени, акопроцес на ецванене е на ниво. Ето защо технологията за гравиране става все по-важна.
2. Преглед на плазменото ецване
Фигура 2. Определяне на газовия източник на плазма според типа филм
Когато се използва куха тръба, колкото по-тесен е диаметърът на тръбата, толкова по-лесно е навлизането на течност, което е така нареченият капилярен феномен. Въпреки това, ако трябва да се пробие дупка (затворен край) в откритата зона, въвеждането на течност става доста трудно. Следователно, тъй като критичният размер на веригата беше 3um до 5um в средата на 1970-те, сухатаофортпостепенно измести мокрото ецване като основно течение. Тоест, въпреки че е йонизирано, е по-лесно да се проникне в дълбоки дупки, тъй като обемът на една молекула е по-малък от този на молекулата на органичен полимерен разтвор.
По време на плазменото ецване вътрешността на обработващата камера, използвана за ецване, трябва да се настрои до състояние на вакуум, преди да се инжектира газът източник на плазма, подходящ за съответния слой. При ецване на твърди оксидни филми трябва да се използват по-силни изходни газове на базата на въглероден флуорид. За относително слаби силициеви или метални филми трябва да се използват плазмени газове на основата на хлор.
И така, как трябва да бъдат ецвани защитният слой и долният изолационен слой от силициев диоксид (SiO2)?
Първо, за защитния слой трябва да се отстрани силиций с помощта на плазма на основата на хлор (силиций + хлор) със селективност на ецване на полисилиций. За долния изолационен слой филмът от силициев диоксид трябва да бъде ецван на две стъпки, като се използва плазмен източник на въглероден флуорид (силициев диоксид + въглероден тетрафлуорид) с по-силна селективност и ефективност на ецване.
3. Процес на реактивно йонно ецване (RIE или физикохимично ецване).
Фигура 3. Предимства на реактивното йонно ецване (анизотропия и висока скорост на ецване)
Плазмата съдържа както изотропни свободни радикали, така и анизотропни катиони, така че как извършва анизотропно ецване?
Плазменото сухо ецване се извършва главно чрез реактивно йонно ецване (RIE, Reactive Ion Etching) или приложения, базирани на този метод. Ядрото на метода RIE е да отслаби силата на свързване между целевите молекули във филма чрез атакуване на ецващата зона с анизотропни катиони. Отслабената зона се абсорбира от свободните радикали, комбинирани с частиците, които изграждат слоя, превръщат се в газ (летливо съединение) и се освобождават.
Въпреки че свободните радикали имат изотропни характеристики, молекулите, които изграждат долната повърхност (чиято сила на свързване е отслабена от атаката на катиони) се улавят по-лесно от свободните радикали и се превръщат в нови съединения, отколкото страничните стени със силна свързваща сила. Следователно ецването надолу се превръща в мейнстрийм. Уловените частици се превръщат в газ със свободни радикали, които се десорбират и освобождават от повърхността под действието на вакуум.
По това време катионите, получени чрез физическо действие, и свободните радикали, получени чрез химическо действие, се комбинират за физическо и химическо ецване и скоростта на ецване (Etch Rate, степента на ецване за определен период от време) се увеличава 10 пъти в сравнение със случая на ецване с катион или свободно радикално ецване самостоятелно. Този метод може не само да увеличи скоростта на ецване при анизотропно ецване надолу, но и да реши проблема с полимерните остатъци след ецване. Този метод се нарича реактивно йонно ецване (RIE). Ключът към успеха на ецването на RIE е намирането на газ източник на плазма, подходящ за ецване на филма. Забележка: Плазменото ецване е RIE ецване и двете могат да се разглеждат като една и съща концепция.
4. Etch Rate и Core Performance Index
Фигура 4. Индекс на производителност на Core Etch, свързан с Etch Rate
Скоростта на ецване се отнася до дълбочината на филма, която се очаква да бъде достигната за една минута. И така, какво означава, че скоростта на ецване варира от част до част на една пластина?
Това означава, че дълбочината на ецване варира от част до част на пластината. Поради тази причина е много важно да зададете крайната точка (EOP), където ецването трябва да спре, като вземете предвид средната скорост на ецване и дълбочината на ецване. Дори ако EOP е зададен, все още има някои области, където дълбочината на ецване е по-дълбока (свръх ецване) или по-плитка (недо ецване) от първоначално планираното. Недостатъчното ецване обаче причинява повече щети, отколкото прекомерното ецване по време на ецване. Тъй като в случай на недостатъчно ецване, недостатъчно ецваната част ще възпрепятства последващи процеси като имплантиране на йони.
Междувременно селективността (измерена чрез скорост на ецване) е ключов показател за ефективност на процеса на ецване. Стандартът за измерване се основава на сравнението на скоростта на ецване на слоя маска (фоторезистивен филм, оксиден филм, филм от силициев нитрид и др.) и целевия слой. Това означава, че колкото по-висока е селективността, толкова по-бързо се гравира целевият слой. Колкото по-високо е нивото на миниатюризация, толкова по-високо е изискването за селективност, за да се гарантира, че фините модели могат да бъдат перфектно представени. Тъй като посоката на ецване е права, селективността на катионното ецване е ниска, докато селективността на радикалното ецване е висока, което подобрява селективността на RIE.
5. Процес на ецване
Фигура 5. Процес на ецване
Първо, пластината се поставя в окислителна пещ с температура, поддържана между 800 и 1000 ℃, след което върху повърхността на пластината се образува филм от силициев диоксид (SiO2) с високи изолационни свойства чрез сух метод. След това се въвежда процесът на отлагане, за да се образува силициев слой или проводящ слой върху оксидния филм чрез химическо отлагане на пари (CVD)/физично отлагане на пари (PVD). Ако се образува силициев слой, може да се извърши процес на дифузия на примеси, за да се увеличи проводимостта, ако е необходимо. По време на процеса на дифузия на примеси, множество примеси често се добавят многократно.
По това време изолационният слой и полисилициевият слой трябва да се комбинират за ецване. Първо се използва фоторезист. След това върху фоторезистния филм се поставя маска и се извършва мокра експозиция чрез потапяне, за да се отпечата желаният модел (невидим с невъоръжено око) върху фоторезистния филм. Когато очертанията на шаблона се разкрият чрез проявяване, фоторезистът във фоточувствителната зона се отстранява. След това пластината, обработена чрез процеса на фотолитография, се прехвърля в процеса на ецване за сухо ецване.
Сухото ецване се извършва главно чрез реактивно йонно ецване (RIE), при което ецването се повтаря главно чрез замяна на изходния газ, подходящ за всеки филм. Както сухото ецване, така и мокрото ецване имат за цел да увеличат аспектното съотношение (A/R стойност) на ецването. Освен това е необходимо редовно почистване, за да се отстрани полимерът, натрупан на дъното на отвора (празнината, образувана от ецване). Важното е, че всички променливи (като материали, източник на газ, време, форма и последователност) трябва да бъдат регулирани органично, за да се гарантира, че почистващият разтвор или газът източник на плазма може да тече надолу към дъното на изкопа. Лека промяна в променлива изисква преизчисляване на други променливи и този процес на преизчисляване се повтаря, докато постигне целта на всеки етап. Напоследък моноатомните слоеве, като слоевете с отлагане на атомен слой (ALD), станаха по-тънки и твърди. Следователно технологията за ецване се насочва към използването на ниски температури и налягания. Процесът на ецване има за цел да контролира критичното измерение (CD), за да създаде фини шарки и да гарантира, че проблемите, причинени от процеса на ецване, са избегнати, особено недостатъчното ецване и проблемите, свързани с отстраняването на остатъците. Горните две статии за ецване имат за цел да предоставят на читателите разбиране за целта на процеса на ецване, пречките за постигане на горните цели и показателите за ефективност, използвани за преодоляване на такива препятствия.
Време на публикуване: 10 септември 2024 г