Rano mokro jetkanje je podstaklo razvoj procesa čišćenja ili pepela. Danas je suho nagrizanje plazmom postalo mainstreamproces graviranja. Plazma se sastoji od elektrona, katjona i radikala. Energija primijenjena na plazmu uzrokuje da se najudaljeniji elektroni izvornog plina u neutralnom stanju odvoje, čime se ti elektroni pretvaraju u katione.
Osim toga, nesavršeni atomi u molekulima mogu se ukloniti primjenom energije za formiranje električno neutralnih radikala. Suvo jetkanje koristi katione i radikale koji čine plazmu, gdje su kationi anizotropni (pogodni za jetkanje u određenom smjeru), a radikali izotropni (pogodni za jetkanje u svim smjerovima). Broj radikala je daleko veći od broja kationa. U ovom slučaju, suho jetkanje bi trebalo biti izotropno kao i mokro graviranje.
Međutim, anizotropno jetkanje suhog jetkanja čini mogućim ultra-minijaturizirana kola. Šta je razlog tome? Osim toga, brzina nagrizanja kationa i radikala je vrlo spora. Dakle, kako možemo primijeniti metode plazma jetkanja na masovnu proizvodnju s obzirom na ovaj nedostatak?
1. Omjer širine i visine (A/R)
Slika 1. Koncept omjera i utjecaj tehnološkog napretka na njega
Aspect Ratio je omjer horizontalne širine i vertikalne visine (tj. visina podijeljena širinom). Što je manja kritična dimenzija (CD) kola, to je veća vrijednost omjera širine i visine. Odnosno, pod pretpostavkom da je odnos širine i visine 10 i širina 10 nm, visina rupe koja je izbušena tokom procesa jetkanja treba da bude 100 nm. Stoga, za proizvode sljedeće generacije koji zahtijevaju ultra-minijaturizaciju (2D) ili visoku gustoću (3D), potrebne su izuzetno visoke vrijednosti omjera kako bi se osiguralo da kationi mogu prodrijeti u donji film tokom jetkanja.
Da bi se postigla tehnologija ultra-minijaturizacije sa kritičnom dimenzijom manjom od 10 nm u 2D proizvodima, vrijednost omjera kondenzatora dinamičke memorije s slučajnim pristupom (DRAM) treba održavati iznad 100. Slično, 3D NAND flash memorija također zahtijeva veće vrijednosti omjera stranica. za slaganje 256 slojeva ili više slojeva za slaganje ćelija. Čak i ako su ispunjeni uvjeti potrebni za druge procese, traženi proizvodi se ne mogu proizvesti ako suproces graviranjanije na nivou standarda. Zbog toga tehnologija jetkanja postaje sve važnija.
2. Pregled plazma jetkanja
Slika 2. Određivanje izvornog plina plazme prema tipu filma
Kada se koristi šuplja cijev, što je uži promjer cijevi, lakše ulazi tekućina, što je tzv. kapilarni fenomen. Međutim, ako treba probušiti rupu (zatvoreni kraj) na izloženom području, unos tekućine postaje prilično težak. Stoga, pošto je kritična veličina kola bila 3um do 5um sredinom 1970-ih, suhabakropisje postepeno zamijenio mokro graviranje kao mainstream. To jest, iako je joniziran, lakše je prodrijeti u duboke rupe jer je volumen jedne molekule manji od volumena molekule otopine organskog polimera.
Tokom jetkanja plazmom, unutrašnjost komore za obradu koja se koristi za jetkanje treba da se podesi u vakuumsko stanje prije ubrizgavanja plina izvora plazme pogodnog za relevantni sloj. Prilikom jetkanja čvrstih oksidnih filmova treba koristiti jače izvorne plinove na bazi ugljičnog fluorida. Za relativno slabe silikonske ili metalne filmove treba koristiti plinove plazme na bazi klora.
Dakle, kako bi sloj gejta i temeljni izolacijski sloj od silicijum dioksida (SiO2) trebali biti urezani?
Prvo, za sloj gejta, silicijum treba ukloniti plazmom na bazi hlora (silicijum + hlor) sa selektivnošću polisilicijumskog jetkanja. Za donji izolacijski sloj, film od silicijum dioksida treba da se nagriza u dva koraka koristeći plazma izvorni gas na bazi ugljen-fluorida (silicijum dioksid + ugljen-tetrafluorid) sa jačom selektivnošću i efektivnošću jetkanja.
3. Proces reaktivnog ionskog jetkanja (RIE ili fizičko-hemijsko jetkanje).
Slika 3. Prednosti reaktivnog ionskog jetkanja (anizotropija i visoka brzina jetkanja)
Plazma sadrži i izotropne slobodne radikale i anizotropne katione, pa kako ona izvodi anizotropno jetkanje?
Plazma suvo jetkanje se uglavnom izvodi reaktivnim ionskim jetkanjem (RIE, Reactive Ion Etching) ili aplikacijama baziranim na ovoj metodi. Srž RIE metode je da se oslabi sila vezivanja između ciljnih molekula u filmu napadom na područje jetkanja anizotropnim kationima. Oslabljeno područje apsorbiraju slobodni radikali, u kombinaciji s česticama koje čine sloj, pretvaraju se u plin (isparljivo jedinjenje) i oslobađaju.
Iako slobodni radikali imaju izotropne karakteristike, molekule koje čine donju površinu (čija je sila vezivanja oslabljena napadom kationa) lakše se hvataju od strane slobodnih radikala i pretvaraju u nove spojeve nego bočne stijenke s jakom silom vezivanja. Stoga graviranje prema dolje postaje mainstream. Zarobljene čestice postaju gas sa slobodnim radikalima, koji se desorbuju i oslobađaju sa površine pod dejstvom vakuuma.
U ovom trenutku se kationi dobijeni fizičkim djelovanjem i slobodni radikali dobiveni kemijskim djelovanjem kombinuju za fizičko i hemijsko jetkanje, a brzina jetkanja (Etch Rate, stepen jetkanja u određenom vremenskom periodu) se povećava za 10 puta. u poređenju sa samo kationskim jetkanjem ili slobodnim radikalima. Ova metoda ne samo da može povećati brzinu jetkanja anizotropnog prema dolje, već i riješiti problem ostatka polimera nakon jetkanja. Ova metoda se naziva reaktivno ionsko jetkanje (RIE). Ključ uspjeha RIE jetkanja je pronalaženje plina izvora plazme pogodnog za jetkanje filma. Napomena: Plazma graviranje je RIE graviranje i to dvoje se može smatrati istim konceptom.
4. Stopa nagrizanja i indeks performansi jezgre
Slika 4. Indeks performansi jezgranja jezgra povezan sa brzinom nagrizanja
Stopa nagrizanja se odnosi na dubinu filma za koju se očekuje da će biti dostignuta u jednoj minuti. Dakle, što znači da brzina nagrizanja varira od dijela do dijela na jednoj pločici?
To znači da dubina nagrizanja varira od dijela do dijela na pločici. Iz tog razloga, vrlo je važno postaviti krajnju tačku (EOP) gdje bi graviranje trebalo prestati uzimajući u obzir prosječnu brzinu nagrizanja i dubinu nagrizanja. Čak i ako je EOP postavljen, još uvijek postoje neke oblasti u kojima je dubina nagrizanja dublja (previše urezana) ili plića (nedovoljno urezana) nego što je prvobitno planirano. Međutim, nedovoljno nagrizanje uzrokuje više štete nego pretjerano nagrizanje tokom graviranja. Jer u slučaju nedovoljnog nagrizanja, nedovoljno urezani dio će ometati naknadne procese kao što je implantacija jona.
U međuvremenu, selektivnost (mjerena brzinom nagrizanja) je ključni pokazatelj učinka procesa jetkanja. Standard mjerenja se zasniva na poređenju brzine nagrizanja sloja maske (fotootporni film, oksidni film, film silicijum nitrida, itd.) i ciljnog sloja. To znači da što je veća selektivnost, to će se ciljni sloj brže urezati. Što je viši nivo minijaturizacije, to je veći zahtjev za selektivnost kako bi se osiguralo da fini uzorci mogu biti savršeno predstavljeni. Pošto je pravac jetkanja ravan, selektivnost kationskog jetkanja je niska, dok je selektivnost radikalnog jetkanja visoka, što poboljšava selektivnost RIE.
5. Proces graviranja
Slika 5. Proces graviranja
Oblatna se prvo stavlja u oksidacionu peć sa temperaturom koja se održava između 800 i 1000℃, a zatim se suvom metodom na površini vafla formira film od silicijum dioksida (SiO2) sa visokim izolacionim svojstvima. Zatim se ulazi u proces taloženja kako bi se formirao silicijumski sloj ili provodljivi sloj na oksidnom filmu hemijskim taloženjem pare (CVD)/fizičkim taloženjem parom (PVD). Ako se formira sloj silicijuma, može se izvesti proces difuzije nečistoća kako bi se povećala provodljivost ako je potrebno. Tokom procesa difuzije nečistoća, višestruke nečistoće se često dodaju više puta.
U ovom trenutku, izolacijski sloj i sloj polisilicijuma treba kombinirati za nagrizanje. Prvo se koristi fotorezist. Zatim se na fotorezist film postavlja maska i mokro ekspozicija se izvodi uranjanjem kako bi se utisnuo željeni uzorak (nevidljiv golim okom) na fotorezist foliju. Kada se razvojem otkrije obris uzorka, fotorezist u fotoosjetljivom području se uklanja. Zatim se pločica obrađena postupkom fotolitografije prenosi u proces jetkanja za suho jetkanje.
Suvo jetkanje se uglavnom izvodi reaktivnim ionskim jetkanjem (RIE), u kojem se jetkanje ponavlja uglavnom zamjenom izvornog plina pogodnog za svaki film. I suho i mokro graviranje imaju za cilj povećanje omjera stranica (A/R vrijednost) graviranja. Osim toga, potrebno je redovno čišćenje kako bi se uklonio polimer nakupljen na dnu rupe (praznina nastala jetkanjem). Važna stvar je da sve varijable (kao što su materijali, izvorni plin, vrijeme, oblik i redoslijed) treba organski prilagoditi kako bi se osiguralo da otopina za čišćenje ili izvorni plin plazme mogu teći do dna rova. Mala promjena varijable zahtijeva ponovno izračunavanje drugih varijabli, a ovaj proces ponovnog izračunavanja se ponavlja sve dok ne ispuni svrhu svake faze. Nedavno su monoatomski slojevi kao što su slojevi taloženja atomskog sloja (ALD) postali tanji i tvrđi. Stoga se tehnologija jetkanja kreće prema korištenju niskih temperatura i pritisaka. Proces jetkanja ima za cilj kontrolu kritične dimenzije (CD) kako bi se proizveli fini uzorci i osiguralo da se izbjegnu problemi uzrokovani procesom jetkanja, posebno nedovoljno jetkanje i problemi povezani s uklanjanjem ostataka. Gornja dva članka o graviranju imaju za cilj da pruže čitateljima razumijevanje svrhe procesa graviranja, prepreka za postizanje gore navedenih ciljeva i indikatora učinka koji se koriste za prevazilaženje takvih prepreka.
Vrijeme objave: Sep-10-2024