Rané mokré leptání podpořilo vývoj procesů čištění nebo zpopelňování. Dnes se suché leptání pomocí plazmy stalo hlavním proudemproces leptání. Plazma se skládá z elektronů, kationtů a radikálů. Energie aplikovaná na plazmu způsobí, že nejvzdálenější elektrony zdrojového plynu v neutrálním stavu jsou odstraněny, čímž se tyto elektrony přemění na kationty.
Kromě toho mohou být nedokonalé atomy v molekulách odstraněny aplikací energie za vzniku elektricky neutrálních radikálů. Suché leptání využívá kationty a radikály tvořící plazma, kde kationty jsou anizotropní (vhodné pro leptání v určitém směru) a radikály izotropní (vhodné pro leptání ve všech směrech). Počet radikálů je mnohem větší než počet kationtů. V tomto případě by suché leptání mělo být izotropní jako mokré leptání.
Avšak právě anizotropní leptání suchého leptání umožňuje ultraminiaturizované obvody. jaký je pro to důvod? Kromě toho je rychlost leptání kationtů a radikálů velmi pomalá. Jak tedy můžeme aplikovat metody plazmového leptání na hromadnou výrobu tváří v tvář tomuto nedostatku?
1. Poměr stran (A/R)
Obrázek 1. Pojem poměr stran a vliv technologického pokroku na něj
Poměr stran je poměr vodorovné šířky k svislé výšce (tj. výška dělená šířkou). Čím menší je kritický rozměr (CD) obvodu, tím větší je hodnota poměru stran. To znamená, že za předpokladu hodnoty poměru stran 10 a šířky 10nm by výška otvoru vyvrtaného během procesu leptání měla být 100nm. Proto jsou u produktů nové generace, které vyžadují ultraminiaturizaci (2D) nebo vysokou hustotu (3D), vyžadovány extrémně vysoké hodnoty poměru stran, aby bylo zajištěno, že kationty mohou pronikat spodní vrstvou během leptání.
Pro dosažení ultraminiaturizační technologie s kritickým rozměrem menším než 10nm ve 2D produktech by měla být hodnota poměru stran kondenzátoru dynamické paměti s náhodným přístupem (DRAM) udržována nad 100. Podobně 3D NAND flash paměť také vyžaduje vyšší hodnoty poměru stran ke skládání 256 vrstev nebo více vrstev na sebe. I když jsou splněny podmínky vyžadované pro jiné procesy, nelze požadované produkty vyrobit, pokudproces leptánínení na úrovni. Proto je technologie leptání stále důležitější.
2. Přehled plazmového leptání
Obrázek 2. Stanovení plynu zdroje plazmy podle typu filmu
Při použití duté trubky platí, že čím užší je průměr trubky, tím snáze do ní vstupuje kapalina, což je takzvaný kapilární jev. Pokud však má být vyvrtán otvor (uzavřený konec) v exponované oblasti, vstup kapaliny se stává značně obtížným. Proto, protože kritická velikost obvodu byla v polovině 70. let 3 um až 5 um, suchéleptpostupně nahradilo mokré leptání jako hlavní proud. To znamená, že ačkoli je ionizovaný, je snazší proniknout hlubokými dírami, protože objem jedné molekuly je menší než objem molekuly organického polymerního roztoku.
Během plazmového leptání by měl být vnitřek zpracovatelské komory použité pro leptání nastaven na vakuový stav před vstřikováním plazmového zdroje plynu vhodného pro příslušnou vrstvu. Při leptání pevných oxidových filmů by se měly používat silnější zdrojové plyny na bázi fluoridu uhličitého. Pro relativně slabé křemíkové nebo kovové filmy by měly být použity plazmové zdroje na bázi chlóru.
Jak by tedy měla být vyleptána hradlová vrstva a pod ní ležící izolační vrstva oxidu křemičitého (SiO2)?
Za prvé, z hradlové vrstvy by měl být odstraněn křemík pomocí plazmy na bázi chlóru (křemík + chlór) se selektivitou polysilikonového leptání. Pro spodní izolační vrstvu by měl být film oxidu křemičitého leptán ve dvou krocích pomocí plazmového zdroje na bázi fluoridu uhlíku (oxid křemičitý + fluorid uhličitý) se silnější selektivitou a účinností leptání.
3. Proces reaktivního iontového leptání (RIE nebo fyzikálně chemické leptání).
Obrázek 3. Výhody reaktivního iontového leptání (anizotropie a vysoká rychlost leptání)
Plazma obsahuje jak izotropní volné radikály, tak anizotropní kationty, jak tedy provádí anizotropní leptání?
Plazmové suché leptání se provádí především reaktivním iontovým leptáním (RIE, Reactive Ion Etching) nebo aplikacemi založenými na této metodě. Jádrem metody RIE je oslabení vazebné síly mezi cílovými molekulami ve filmu napadením leptající oblasti anizotropními kationty. Oslabená oblast je absorbována volnými radikály, spojena s částicemi, které tvoří vrstvu, přeměněna na plyn (těkavá sloučenina) a uvolněna.
Přestože mají volné radikály izotropní vlastnosti, molekuly, které tvoří spodní povrch (jejichž vazebná síla je oslabena útokem kationtů), jsou snáze zachyceny volnými radikály a přeměněny na nové sloučeniny než boční stěny se silnou vazebnou silou. Proto se sestupné leptání stává hlavním proudem. Ze zachycených částic se stává plyn s volnými radikály, které se působením vakua desorbují a uvolňují z povrchu.
V tomto okamžiku se kationty získané fyzikálním působením a volné radikály získané chemickým působením spojí pro fyzikální a chemické leptání a rychlost leptání (Etch Rate, stupeň leptání za určité časové období) se zvýší 10krát. ve srovnání s případem kationtového leptání nebo samotného leptání volnými radikály. Tato metoda může nejen zvýšit rychlost leptání anizotropního leptání směrem dolů, ale také vyřešit problém zbytku polymeru po leptání. Tato metoda se nazývá reaktivní iontové leptání (RIE). Klíčem k úspěchu leptání RIE je najít zdroj plazmového plynu vhodného pro leptání filmu. Poznámka: Plazmové leptání je leptání RIE a oba lze považovat za stejný koncept.
4. Etch Rate a Core Performance Index
Obrázek 4. Index výkonu Core Etch související s rychlostí leptání
Rychlost leptání označuje hloubku filmu, které se očekává dosažení za jednu minutu. Co to tedy znamená, že se rychlost leptání liší díl od dílu na jednom plátku?
To znamená, že hloubka leptání se liší díl od dílu na waferu. Z tohoto důvodu je velmi důležité nastavit koncový bod (EOP), kde by se leptání mělo zastavit, s ohledem na průměrnou rychlost leptání a hloubku leptání. I když je EOP nastavena, stále existují oblasti, kde je hloubka leptání hlubší (přeleptané) nebo mělčí (podleptané), než bylo původně plánováno. Podleptání však způsobí větší škody než přeleptání při leptání. Protože v případě podleptání bude podleptaná část bránit následným procesům, jako je implantace iontů.
Mezitím je selektivita (měřená rychlostí leptání) klíčovým ukazatelem výkonnosti procesu leptání. Standard měření je založen na porovnání rychlosti leptání vrstvy masky (fotorezistentní film, oxidový film, film z nitridu křemíku atd.) a cílové vrstvy. To znamená, že čím vyšší je selektivita, tím rychleji se cílová vrstva leptá. Čím vyšší je úroveň miniaturizace, tím vyšší je požadavek na selektivitu pro zajištění dokonalé prezentace jemných vzorů. Protože směr leptání je přímý, selektivita kationtového leptání je nízká, zatímco selektivita radikálového leptání je vysoká, což zlepšuje selektivitu RIE.
5. Proces leptání
Obrázek 5. Proces leptání
Nejprve se plátek vloží do oxidační pece s teplotou udržovanou mezi 800 a 1000 ℃ a poté se na povrchu plátku suchou metodou vytvoří film oxidu křemičitého (SiO2) s vysokými izolačními vlastnostmi. Dále je zahájen proces nanášení, aby se vytvořila křemíková vrstva nebo vodivá vrstva na oxidovém filmu pomocí chemického nanášení z plynné fáze (CVD)/fyzikálního nanášení z plynné fáze (PVD). Pokud se vytvoří vrstva křemíku, lze v případě potřeby provést proces difúze nečistot, aby se zvýšila vodivost. Během procesu difúze nečistot se často opakovaně přidává více nečistot.
V tomto okamžiku by se izolační vrstva a polysilikonová vrstva měly spojit pro leptání. Nejprve se použije fotorezist. Následně se na fotorezistní film umístí maska a provede se mokrá expozice ponořením, aby se na fotorezistový film otiskl požadovaný vzor (neviditelný pouhým okem). Když se vyvoláním odhalí obrys vzoru, fotorezist ve fotocitlivé oblasti se odstraní. Poté se plátek zpracovaný procesem fotolitografie přenese do procesu leptání pro suché leptání.
Suché leptání se provádí především reaktivním iontovým leptáním (RIE), při kterém se leptání opakuje hlavně výměnou zdrojového plynu vhodného pro každý film. Suché leptání i mokré leptání mají za cíl zvýšit poměr stran (hodnota A/R) leptání. Kromě toho je nutné pravidelné čištění k odstranění polymeru nahromaděného na dně otvoru (mezera vzniklá leptáním). Důležitým bodem je, že všechny proměnné (jako jsou materiály, zdrojový plyn, čas, forma a sekvence) by měly být upraveny organicky, aby se zajistilo, že čisticí roztok nebo plyn jako zdroj plazmy může proudit dolů na dno výkopu. Nepatrná změna proměnné vyžaduje přepočet jiných proměnných a tento proces přepočtu se opakuje, dokud nesplní účel každé fáze. V poslední době se monoatomické vrstvy, jako jsou vrstvy atomové depozice (ALD), staly tenčími a tvrdšími. Technologie leptání proto směřuje k využití nízkých teplot a tlaků. Proces leptání má za cíl řídit kritický rozměr (CD) pro vytvoření jemných vzorů a zajistit, aby se předešlo problémům způsobeným procesem leptání, zejména nedostatečnému leptání a problémům souvisejícím s odstraňováním zbytků. Výše uvedené dva články o leptání mají za cíl poskytnout čtenářům pochopení účelu procesu leptání, překážek při dosahování výše uvedených cílů a ukazatelů výkonnosti používaných k překonání těchto překážek.
Čas odeslání: 10. září 2024