Varajane märgsöövitus soodustas puhastus- või tuhastamisprotsesside arengut. Tänapäeval on kuivsöövitus plasmaga muutunud peavoolukssöövitusprotsess. Plasma koosneb elektronidest, katioonidest ja radikaalidest. Plasmale kantud energia eemaldab neutraalses olekus lähtegaasi äärepoolseimad elektronid, muutes need elektronid katioonideks.
Lisaks saab molekulide ebatäiuslikke aatomeid eemaldada, rakendades energiat elektriliselt neutraalsete radikaalide moodustamiseks. Kuivsöövitamisel kasutatakse katioone ja radikaale, millest koosneb plasma, kus katioonid on anisotroopsed (sobivad söövitamiseks teatud suunas) ja radikaalid isotroopsed (sobivad söövitamiseks igas suunas). Radikaalide arv on palju suurem kui katioonide arv. Sel juhul peaks kuivsöövitamine olema isotroopne nagu märgsöövitamine.
Kuid just kuivsöövituse anisotroopne söövitamine teeb ultraminiatuursed ahelad võimalikuks. Mis on selle põhjuseks? Lisaks on katioonide ja radikaalide söövituskiirus väga aeglane. Niisiis, kuidas saaksime selle puuduse taustal rakendada plasmasöövitusmeetodeid masstootmises?
1. Kuvasuhe (A/R)
Joonis 1. Kuvasuhte mõiste ja tehnoloogia arengu mõju sellele
Kuvasuhe on horisontaalse laiuse ja vertikaalse kõrguse suhe (st kõrgus jagatud laiusega). Mida väiksem on vooluringi kriitiline mõõde (CD), seda suurem on kuvasuhte väärtus. See tähendab, et eeldades, et kuvasuhte väärtus on 10 ja laius 10 nm, peaks söövitusprotsessi käigus puuritud augu kõrgus olema 100 nm. Seetõttu on uue põlvkonna toodete puhul, mis nõuavad üliminiaturiseerimist (2D) või suurt tihedust (3D), väga kõrged kuvasuhte väärtused, et tagada katioonide tungimine põhjakile söövitamise ajal.
Ultraminiatuurse tehnoloogia saavutamiseks, mille kriitiline mõõde on alla 10 nm 2D-toodetes, tuleks dünaamilise muutmälu (DRAM) kondensaatori kuvasuhte väärtus hoida üle 100. Samamoodi nõuab 3D NAND-välkmälu kõrgemat kuvasuhte väärtust 256 või enama rakkude virnastamise kihi virnastamiseks. Isegi kui muude protsesside jaoks nõutavad tingimused on täidetud, ei saa nõutavaid tooteid toota, kuisöövitusprotsessei ole tasemel. Seetõttu muutub söövitamise tehnoloogia üha olulisemaks.
2. Ülevaade plasmasöövitusest
Joonis 2. Plasma lähtegaasi määramine kile tüübi järgi
Kui kasutatakse õõnestoru, siis mida kitsam on toru läbimõõt, seda lihtsam on vedelikul siseneda, mis on nn kapillaarnähtus. Kui aga avatud alale tuleb puurida auk (suletud ots), muutub vedeliku sisestamine üsna keeruliseks. Seetõttu, kuna 1970. aastate keskel oli vooluringi kriitiline suurus 3 um kuni 5 um, kuivsöövituson peavooluna järk-järgult asendanud märja söövituse. Ehkki ioniseeritud, on sügavamatesse aukudesse kergem tungida, kuna ühe molekuli maht on väiksem kui orgaanilise polümeeri lahuse molekulil.
Plasma söövitamise ajal tuleks söövitamiseks kasutatava töötlemiskambri sisemus reguleerida vaakumolekusse enne vastava kihi jaoks sobiva plasma lähtegaasi süstimist. Tahkete oksiidkilede söövitamisel tuleks kasutada tugevamaid süsinikfluoriidipõhiseid lähtegaase. Suhteliselt nõrkade räni- või metallkilede puhul tuleks kasutada klooripõhiseid plasmaallika gaase.
Niisiis, kuidas tuleks väravakihti ja selle all olevat ränidioksiidi (SiO2) isolatsioonikihti söövitada?
Esiteks, väravakihi jaoks tuleks räni eemaldada, kasutades klooripõhist plasmat (räni + kloor), millel on polüräni söövitamise selektiivsus. Alumise isolatsioonikihi jaoks tuleks ränidioksiidkile söövitada kahes etapis, kasutades süsinikfluoriidil põhinevat plasmaallika gaasi (ränidioksiid + süsiniktetrafluoriid), millel on suurem söövitamise selektiivsus ja efektiivsus.
3. Reaktiivne ioonsöövitus (RIE ehk füüsikalis-keemiline söövitus).
Joonis 3. Reaktiivse ioonide söövitamise eelised (anisotroopia ja kõrge söövituskiirus)
Plasma sisaldab nii isotroopseid vabu radikaale kui ka anisotroopseid katioone, seega kuidas see anisotroopset söövitamist teostab?
Plasma kuivsöövitus toimub peamiselt reaktiivse iooni söövitamise (RIE, Reactive Ion Etching) või sellel meetodil põhinevate rakenduste abil. RIE meetodi tuum on nõrgendada kile sihtmolekulide vahelist sidumisjõudu, rünnates söövitusala anisotroopsete katioonidega. Nõrgestatud piirkond neeldub vabade radikaalide poolt, kombineerituna kihi moodustavate osakestega, muundatakse gaasiks (lenduv ühend) ja vabaneb.
Kuigi vabadel radikaalidel on isotroopsed omadused, on põhjapinna moodustavaid molekule (mille sidumisjõudu katioonide rünnak nõrgestab) vabad radikaalid kergemini kinni püüda ja muuta uuteks ühenditeks kui tugeva sidumisjõuga külgseinad. Seetõttu muutub allapoole söövitamine peavooluks. Püütud osakesed muutuvad gaasiks koos vabade radikaalidega, mis desorbeeritakse ja vabanevad pinnalt vaakumi toimel.
Sel ajal ühendatakse füüsikalise toimega saadud katioonid ja keemilisel toimel saadud vabad radikaalid füüsikaliseks ja keemiliseks söövitamiseks ning söövituskiirust (Etch Rate, söövitusaste teatud aja jooksul) suurendatakse 10 korda. võrreldes ainult katioonse söövitamise või vabade radikaalidega söövitamise juhtumiga. See meetod ei saa mitte ainult suurendada anisotroopse allapoole söövitamise söövituskiirust, vaid lahendada ka polümeerijääkide probleemi pärast söövitamist. Seda meetodit nimetatakse reaktiivseks söövitamiseks (RIE). RIE söövitamise edu võti on leida kile söövitamiseks sobiv plasmaallikagaas. Märkus. Plasma söövitus on RIE söövitus ja neid kahte võib pidada üheks kontseptsiooniks.
4. Söövitusmäär ja tuuma jõudluse indeks
Joonis 4. Söövituskiirusega seotud põhiline söövitusindeks
Söövituskiirus viitab filmi sügavusele, mis eeldatavasti saavutatakse ühe minuti jooksul. Mida see siis tähendab, et söövituskiirus on ühel vahvlil osade lõikes erinev?
See tähendab, et söövitussügavus on vahvli osade lõikes erinev. Sel põhjusel on keskmist söövituskiirust ja söövitussügavust arvesse võttes väga oluline määrata lõpp-punkt (EOP), kus söövitus peaks peatuma. Isegi kui EOP on seatud, on siiski alasid, kus söövitussügavus on sügavam (ülesöövitatud) või madalam (alasöövitatud) kui algselt kavandatud. Alasöövitus põhjustab aga rohkem kahju kui ülesöövitus söövitamise ajal. Kuna alasöövituse korral takistab alasöövitatud osa järgnevaid protsesse, nagu ioonide implanteerimine.
Samal ajal on selektiivsus (mõõdetuna söövituskiirusega) söövitusprotsessi põhinäitaja. Mõõtestandard põhineb maskikihi (fotoresistkile, oksiidkile, räninitriidkile jne) ja sihtkihi söövituskiiruse võrdlusel. See tähendab, et mida suurem on selektiivsus, seda kiiremini söövitatakse sihtkiht. Mida kõrgem on miniatuursuse tase, seda suurem on selektiivsuse nõue, et tagada peente mustrite täiuslik esitus. Kuna söövitussuund on sirge, on katioonse söövitamise selektiivsus madal, samas kui radikaalse söövitamise selektiivsus on kõrge, mis parandab RIE selektiivsust.
5. Söövitamise protsess
Joonis 5. Söövitamise protsess
Esmalt asetatakse vahvel oksüdeerimisahju, mille temperatuur on vahemikus 800–1000 ℃ ja seejärel moodustatakse vahvli pinnale kuivmeetodil kõrgete isolatsiooniomadustega ränidioksiidi (SiO2) kile. Järgmisena sisestatakse sadestamise protsess, et moodustada oksiidkilele ränikiht või juhtiv kiht keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) / füüsikalise aurustamise-sadestamise (PVD) abil. Ränikihi moodustumise korral võib juhtivuse suurendamiseks vajadusel läbi viia lisandite difusiooniprotsessi. Lisandite difusiooniprotsessi käigus lisatakse sageli korduvalt mitmeid lisandeid.
Sel ajal tuleks söövitamiseks ühendada isolatsioonikiht ja polüränikiht. Esiteks kasutatakse fotoresisti. Seejärel asetatakse fotoresistkilele mask ja märg säritus viiakse läbi sukeldamise teel, et trükkida fotoresistkilele soovitud muster (palja silmaga nähtamatu). Kui mustri piirjoon ilmub, eemaldatakse valgustundlikust piirkonnast fotoresist. Seejärel viiakse fotolitograafiaga töödeldud vahvel kuivsöövitamiseks üle söövitusprotsessi.
Kuivsöövitamist teostatakse peamiselt reaktiivse ioonsöövitusega (RIE), mille puhul söövitamist korratakse peamiselt igale kilele sobiva lähtegaasi asendamisega. Nii kuivsöövitamise kui ka märgsöövituse eesmärk on suurendada söövituse kuvasuhet (A/R väärtust). Lisaks on vaja regulaarset puhastamist, et eemaldada augu põhja kogunenud polümeer (söövitamisel tekkinud vahe). Oluline on see, et kõiki muutujaid (nagu materjalid, lähtegaas, aeg, vorm ja järjestus) tuleks orgaaniliselt reguleerida, et puhastuslahus või plasma lähtegaas saaks voolata alla kaeviku põhja. Muutuja kerge muutmine nõuab teiste muutujate ümberarvutamist ja seda ümberarvutamisprotsessi korratakse, kuni see vastab iga etapi eesmärgile. Viimasel ajal on üheaatomilised kihid, nagu aatomkihtsadestamise (ALD) kihid muutunud õhemaks ja kõvemaks. Seetõttu liigub söövitustehnoloogia madalate temperatuuride ja rõhkude kasutamise suunas. Söövitusprotsessi eesmärk on kontrollida kriitilist mõõdet (CD), et luua peeneid mustreid ja tagada söövitusprotsessist põhjustatud probleemide, eriti alasöövitamise ja jääkide eemaldamisega seotud probleemide vältimine. Ülaltoodud kahe söövitamist käsitleva artikli eesmärk on anda lugejatele arusaam söövitusprotsessi eesmärgist, takistustest ülaltoodud eesmärkide saavutamisel ja tulemusnäitajatest, mida selliste takistuste ületamiseks kasutatakse.
Postitusaeg: 10. september 2024