Η έγκαιρη υγρή χάραξη προώθησε την ανάπτυξη των διαδικασιών καθαρισμού ή τέφρας. Σήμερα, η ξηρή χάραξη με χρήση πλάσματος έχει γίνει το κύριο ρεύμαδιαδικασία χάραξης. Το πλάσμα αποτελείται από ηλεκτρόνια, κατιόντα και ρίζες. Η ενέργεια που εφαρμόζεται στο πλάσμα προκαλεί την απογύμνωση των εξωτερικών ηλεκτρονίων του αερίου πηγής σε ουδέτερη κατάσταση, μετατρέποντας έτσι αυτά τα ηλεκτρόνια σε κατιόντα.
Επιπλέον, τα ατελή άτομα σε μόρια μπορούν να απογυμνωθούν εφαρμόζοντας ενέργεια για να σχηματιστούν ηλεκτρικά ουδέτερες ρίζες. Η ξηρή χάραξη χρησιμοποιεί κατιόντα και ρίζες που συνθέτουν το πλάσμα, όπου τα κατιόντα είναι ανισότροπα (κατάλληλα για χάραξη σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση) και οι ρίζες είναι ισότροπες (κατάλληλες για χάραξη προς όλες τις κατευθύνσεις). Ο αριθμός των ριζών είναι πολύ μεγαλύτερος από τον αριθμό των κατιόντων. Σε αυτή την περίπτωση, η ξηρή χάραξη πρέπει να είναι ισότροπη όπως η υγρή χάραξη.
Ωστόσο, είναι η ανισότροπη χάραξη της ξηρής χάραξης που καθιστά δυνατά τα εξαιρετικά μικροσκοπικά κυκλώματα. Ποιος είναι ο λόγος για αυτό; Επιπλέον, η ταχύτητα χάραξης των κατιόντων και των ριζών είναι πολύ αργή. Πώς μπορούμε λοιπόν να εφαρμόσουμε μεθόδους χάραξης πλάσματος στη μαζική παραγωγή ενόψει αυτής της αδυναμίας;
1. Λόγος διαστάσεων (A/R)
Εικόνα 1. Η έννοια της αναλογίας διαστάσεων και η επίδραση της τεχνολογικής προόδου σε αυτήν
Ο λόγος διαστάσεων είναι ο λόγος του οριζόντιου πλάτους προς το κατακόρυφο ύψος (δηλαδή, το ύψος διαιρούμενο με το πλάτος). Όσο μικρότερη είναι η κρίσιμη διάσταση (CD) του κυκλώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του λόγου διαστάσεων. Δηλαδή, υποθέτοντας μια τιμή αναλογίας διαστάσεων 10 και πλάτος 10 nm, το ύψος της οπής που έχει ανοίξει κατά τη διαδικασία χάραξης θα πρέπει να είναι 100 nm. Επομένως, για προϊόντα επόμενης γενιάς που απαιτούν εξαιρετικά σμίκρυνση (2D) ή υψηλή πυκνότητα (3D), απαιτούνται εξαιρετικά υψηλές τιμές αναλογίας διαστάσεων για να διασφαλιστεί ότι τα κατιόντα μπορούν να διεισδύσουν στο κάτω φιλμ κατά τη χάραξη.
Για την επίτευξη τεχνολογίας εξαιρετικά μικρογραφίας με κρίσιμη διάσταση μικρότερη από 10 nm σε προϊόντα 2D, η τιμή του λόγου διαστάσεων του πυκνωτή της μνήμης δυναμικής τυχαίας πρόσβασης (DRAM) θα πρέπει να διατηρείται πάνω από 100. Ομοίως, η μνήμη flash 3D NAND απαιτεί επίσης υψηλότερες τιμές αναλογίας για στοίβαξη 256 ή περισσότερων επιπέδων στοίβαξης κελιών. Ακόμη και αν πληρούνται οι προϋποθέσεις που απαιτούνται για άλλες διεργασίες, τα απαιτούμενα προϊόντα δεν μπορούν να παραχθούν εάνδιαδικασία χάραξηςδεν είναι στα πρότυπα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η τεχνολογία χάραξης γίνεται όλο και πιο σημαντική.
2. Επισκόπηση της χάραξης πλάσματος
Σχήμα 2. Προσδιορισμός αερίου πηγής πλάσματος σύμφωνα με τον τύπο του φιλμ
Όταν χρησιμοποιείται ένας κοίλος σωλήνας, όσο στενότερη είναι η διάμετρος του σωλήνα, τόσο πιο εύκολα εισέρχεται υγρό, που είναι το λεγόμενο τριχοειδές φαινόμενο. Ωστόσο, εάν πρόκειται να ανοίξετε μια τρύπα (κλειστό άκρο) στην εκτεθειμένη περιοχή, η είσοδος του υγρού γίνεται αρκετά δύσκολη. Επομένως, δεδομένου ότι το κρίσιμο μέγεθος του κυκλώματος ήταν 3um έως 5um στα μέσα της δεκαετίας του 1970, ξηρόχαλκογραφίαέχει αντικαταστήσει σταδιακά το wet etching ως mainstream. Δηλαδή, αν και ιονισμένο, είναι ευκολότερο να εισχωρήσει κανείς σε βαθιές τρύπες επειδή ο όγκος ενός μόνο μορίου είναι μικρότερος από αυτόν ενός μορίου οργανικού διαλύματος πολυμερούς.
Κατά τη χάραξη πλάσματος, το εσωτερικό του θαλάμου επεξεργασίας που χρησιμοποιείται για τη χάραξη θα πρέπει να ρυθμίζεται σε κατάσταση κενού πριν από την έγχυση του αερίου πηγής πλάσματος που είναι κατάλληλο για το σχετικό στρώμα. Κατά τη χάραξη μεμβρανών στερεού οξειδίου, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται ισχυρότερα αέρια πηγής με βάση το φθόριο άνθρακα. Για σχετικά αδύναμα φιλμ πυριτίου ή μετάλλου, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται αέρια πηγής πλάσματος με βάση το χλώριο.
Λοιπόν, πώς πρέπει να χαραχθεί το στρώμα πύλης και το υποκείμενο μονωτικό στρώμα διοξειδίου του πυριτίου (SiO2);
Αρχικά, για το στρώμα πύλης, το πυρίτιο θα πρέπει να αφαιρεθεί χρησιμοποιώντας ένα πλάσμα με βάση το χλώριο (πυρίτιο + χλώριο) με επιλεκτικότητα χάραξης πολυπυριτίου. Για το κάτω μονωτικό στρώμα, το φιλμ διοξειδίου του πυριτίου θα πρέπει να χαράσσεται σε δύο στάδια χρησιμοποιώντας ένα αέριο πηγής πλάσματος με βάση φθόριο άνθρακα (διοξείδιο του πυριτίου + τετραφθοριούχος άνθρακας) με ισχυρότερη επιλεκτικότητα και αποτελεσματικότητα χάραξης.
3. Διαδικασία χάραξης αντιδραστικών ιόντων (RIE ή φυσικοχημική χάραξη).
Σχήμα 3. Πλεονεκτήματα της χάραξης αντιδραστικών ιόντων (ανισοτροπία και υψηλός ρυθμός χάραξης)
Το πλάσμα περιέχει τόσο ισότροπες ελεύθερες ρίζες όσο και ανισότροπα κατιόντα, οπότε πώς εκτελεί την ανισότροπη χάραξη;
Η ξηρή χάραξη πλάσματος πραγματοποιείται κυρίως με χάραξη αντιδραστικών ιόντων (RIE, Reactive Ion Etching) ή εφαρμογές που βασίζονται σε αυτή τη μέθοδο. Ο πυρήνας της μεθόδου RIE είναι η αποδυνάμωση της δεσμευτικής δύναμης μεταξύ των μορίων-στόχων στο φιλμ προσβάλλοντας την περιοχή χάραξης με ανισότροπα κατιόντα. Η εξασθενημένη περιοχή απορροφάται από ελεύθερες ρίζες, συνδυάζεται με τα σωματίδια που συνθέτουν το στρώμα, μετατρέπεται σε αέριο (πτητική ένωση) και απελευθερώνεται.
Αν και οι ελεύθερες ρίζες έχουν ισότροπα χαρακτηριστικά, τα μόρια που αποτελούν την κάτω επιφάνεια (των οποίων η δύναμη δέσμευσης εξασθενεί από την επίθεση κατιόντων) συλλαμβάνονται πιο εύκολα από τις ελεύθερες ρίζες και μετατρέπονται σε νέες ενώσεις από τα πλευρικά τοιχώματα με ισχυρή δύναμη δέσμευσης. Ως εκ τούτου, η χάραξη προς τα κάτω γίνεται το κύριο ρεύμα. Τα δεσμευμένα σωματίδια γίνονται αέριο με ελεύθερες ρίζες, οι οποίες εκροφούνται και απελευθερώνονται από την επιφάνεια υπό τη δράση του κενού.
Αυτή τη στιγμή, τα κατιόντα που λαμβάνονται με φυσική δράση και οι ελεύθερες ρίζες που λαμβάνονται με χημική δράση συνδυάζονται για φυσική και χημική χάραξη, και ο ρυθμός χάραξης (Ρυθμός χάραξης, ο βαθμός χάραξης σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο) αυξάνεται κατά 10 φορές σε σύγκριση με την περίπτωση της κατιονικής χάραξης ή της χάραξης με ελεύθερες ρίζες μόνο. Αυτή η μέθοδος μπορεί όχι μόνο να αυξήσει τον ρυθμό χάραξης της ανισότροπης προς τα κάτω χάραξης, αλλά και να λύσει το πρόβλημα των υπολειμμάτων πολυμερούς μετά τη χάραξη. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται χάραξη αντιδραστικών ιόντων (RIE). Το κλειδί για την επιτυχία της χάραξης RIE είναι να βρεθεί ένα αέριο πηγής πλάσματος κατάλληλο για τη χάραξη του φιλμ. Σημείωση: Η χάραξη πλάσματος είναι η χάραξη RIE και τα δύο μπορούν να θεωρηθούν ως η ίδια έννοια.
4. Etch Rate και Core Performance Index
Σχήμα 4. Βασικός Δείκτης Απόδοσης Etch που σχετίζεται με το Ρυθμό Etch
Ο ρυθμός χάραξης αναφέρεται στο βάθος του φιλμ που αναμένεται να επιτευχθεί σε ένα λεπτό. Τι σημαίνει λοιπόν ότι ο ρυθμός χάραξης ποικίλλει από μέρος σε μέρος σε ένα μεμονωμένο γκοφρέτα;
Αυτό σημαίνει ότι το βάθος χάραξης ποικίλλει από μέρος σε μέρος στη γκοφρέτα. Για το λόγο αυτό, είναι πολύ σημαντικό να ορίσετε το τελικό σημείο (EOP) όπου θα πρέπει να σταματήσει η χάραξη, λαμβάνοντας υπόψη τον μέσο ρυθμό χάραξης και το βάθος χάραξης. Ακόμα κι αν έχει ρυθμιστεί το EOP, εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένες περιοχές όπου το βάθος χάραξης είναι βαθύτερο (υπερ-χαραγμένο) ή μικρότερο (υπό χαραγμένο) από ό,τι είχε αρχικά προγραμματιστεί. Ωστόσο, η υπο-χαρακτική προκαλεί μεγαλύτερη ζημιά από την υπερβολική χάραξη κατά τη χάραξη. Επειδή στην περίπτωση της υπο-χαρακτικής, το χαραγμένο τμήμα θα εμποδίσει επακόλουθες διαδικασίες όπως η εμφύτευση ιόντων.
Εν τω μεταξύ, η επιλεκτικότητα (μετρούμενη με ρυθμό χάραξης) είναι ένας βασικός δείκτης απόδοσης της διαδικασίας χάραξης. Το πρότυπο μέτρησης βασίζεται στη σύγκριση του ρυθμού χάραξης του στρώματος μάσκας (φωτοανθεκτικό φιλμ, φιλμ οξειδίου, φιλμ νιτριδίου πυριτίου, κ.λπ.) και του στρώματος στόχου. Αυτό σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η επιλεκτικότητα, τόσο πιο γρήγορα χαράσσεται το στρώμα στόχου. Όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο σμίκρυνσης, τόσο υψηλότερη είναι η απαίτηση επιλεκτικότητας για να διασφαλιστεί ότι τα λεπτά μοτίβα μπορούν να παρουσιαστούν τέλεια. Δεδομένου ότι η κατεύθυνση χάραξης είναι ευθεία, η επιλεκτικότητα της κατιονικής χάραξης είναι χαμηλή, ενώ η επιλεκτικότητα της ριζικής χάραξης είναι υψηλή, γεγονός που βελτιώνει την επιλεκτικότητα του RIE.
5. Διαδικασία χάραξης
Εικόνα 5. Διαδικασία χάραξης
Αρχικά, η γκοφρέτα τοποθετείται σε κλίβανο οξείδωσης με θερμοκρασία που διατηρείται μεταξύ 800 και 1000 ℃ και στη συνέχεια σχηματίζεται στην επιφάνεια της γκοφρέτας με στεγνή μέθοδο ένα φιλμ διοξειδίου του πυριτίου (SiO2) με υψηλές μονωτικές ιδιότητες. Στη συνέχεια, η διαδικασία εναπόθεσης εισάγεται για να σχηματιστεί ένα στρώμα πυριτίου ή ένα αγώγιμο στρώμα στο φιλμ οξειδίου με χημική εναπόθεση ατμού (CVD)/φυσική εναπόθεση ατμού (PVD). Εάν σχηματιστεί ένα στρώμα πυριτίου, μπορεί να πραγματοποιηθεί μια διαδικασία διάχυσης ακαθαρσιών για να αυξηθεί η αγωγιμότητα εάν είναι απαραίτητο. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διάχυσης ακαθαρσιών, πολλές ακαθαρσίες προστίθενται συχνά επανειλημμένα.
Αυτή τη στιγμή, το μονωτικό στρώμα και το στρώμα πολυπυριτίου πρέπει να συνδυαστούν για χάραξη. Πρώτον, χρησιμοποιείται ένα φωτοανθεκτικό. Στη συνέχεια, τοποθετείται μια μάσκα στο φωτοανθεκτικό φιλμ και η υγρή έκθεση πραγματοποιείται με εμβάπτιση για να αποτυπωθεί το επιθυμητό σχέδιο (αόρατο με γυμνό μάτι) στο φιλμ φωτοανθεκτικό. Όταν το περίγραμμα του σχεδίου αποκαλύπτεται με την ανάπτυξη, το φωτοανθεκτικό στη φωτοευαίσθητη περιοχή αφαιρείται. Στη συνέχεια, η γκοφρέτα που επεξεργάστηκε με τη διαδικασία της φωτολιθογραφίας μεταφέρεται στη διαδικασία χάραξης για ξηρή χάραξη.
Η ξηρή χάραξη πραγματοποιείται κυρίως με χάραξη αντιδραστικών ιόντων (RIE), στην οποία η χάραξη επαναλαμβάνεται κυρίως με την αντικατάσταση του αερίου πηγής που είναι κατάλληλο για κάθε φιλμ. Τόσο η ξηρή χάραξη όσο και η υγρή χάραξη στοχεύουν στην αύξηση του λόγου διαστάσεων (τιμή A/R) της χάραξης. Επιπλέον, απαιτείται τακτικός καθαρισμός για την αφαίρεση του πολυμερούς που έχει συσσωρευτεί στο κάτω μέρος της οπής (το κενό που σχηματίζεται από τη χάραξη). Το σημαντικό σημείο είναι ότι όλες οι μεταβλητές (όπως τα υλικά, το αέριο πηγής, ο χρόνος, η μορφή και η αλληλουχία) πρέπει να ρυθμίζονται οργανικά για να διασφαλίζεται ότι το διάλυμα καθαρισμού ή το αέριο της πηγής πλάσματος μπορεί να ρέει προς τα κάτω στον πυθμένα της τάφρου. Μια ελαφρά αλλαγή σε μια μεταβλητή απαιτεί επανυπολογισμό άλλων μεταβλητών και αυτή η διαδικασία επανυπολογισμού επαναλαμβάνεται μέχρι να καλύψει το σκοπό κάθε σταδίου. Πρόσφατα, τα μονοατομικά στρώματα όπως τα στρώματα απόθεσης ατομικής στιβάδας (ALD) έχουν γίνει πιο λεπτά και σκληρότερα. Επομένως, η τεχνολογία χάραξης κινείται προς τη χρήση χαμηλών θερμοκρασιών και πιέσεων. Η διαδικασία χάραξης στοχεύει στον έλεγχο της κρίσιμης διάστασης (CD) για την παραγωγή λεπτών μοτίβων και τη διασφάλιση της αποφυγής προβλημάτων που προκαλούνται από τη διαδικασία χάραξης, ιδιαίτερα της υπο-χαρακτικής και των προβλημάτων που σχετίζονται με την αφαίρεση υπολειμμάτων. Τα παραπάνω δύο άρθρα σχετικά με τη χάραξη στοχεύουν να παρέχουν στους αναγνώστες κατανόηση του σκοπού της διαδικασίας χάραξης, των εμποδίων για την επίτευξη των παραπάνω στόχων και των δεικτών απόδοσης που χρησιμοποιούνται για την υπέρβαση τέτοιων εμποδίων.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-10-2024