Varhainen märkäetsaus edisti puhdistus- tai polttoprosessien kehittymistä. Nykyään plasmaa käyttävästä kuivaetsauksesta on tullut valtavirtaaetsausprosessi. Plasma koostuu elektroneista, kationeista ja radikaaleista. Plasmaan kohdistettu energia saa lähdekaasun neutraalissa tilassa olevien uloimpien elektronien irtoamisen, jolloin nämä elektronit muuttuvat kationeiksi.
Lisäksi molekyylien epätäydelliset atomit voidaan poistaa kohdistamalla energiaa sähköisesti neutraalien radikaalien muodostamiseksi. Kuivaetsaus käyttää kationeja ja radikaaleja, joista muodostuu plasma, jossa kationit ovat anisotrooppisia (soveltuvat syövyttämään tiettyyn suuntaan) ja radikaalit ovat isotrooppisia (soveltuvat etsaukseen kaikkiin suuntiin). Radikaalien määrä on paljon suurempi kuin kationien lukumäärä. Tässä tapauksessa kuivaetsauksen tulee olla isotrooppista kuten märkäetsaus.
Kuitenkin juuri kuivaetsauksen anisotrooppinen etsaus tekee mahdolliseksi ultraminiatyrisoidut piirit. Mikä on syynä tähän? Lisäksi kationien ja radikaalien etsausnopeus on hyvin hidas. Joten kuinka voimme soveltaa plasmaetsausmenetelmiä massatuotantoon tämän puutteen edessä?
1. Kuvasuhde (A/R)
Kuva 1. Kuvasuhteen käsite ja teknologian kehityksen vaikutus siihen
Kuvasuhde on vaakasuuntaisen leveyden suhde pystysuoraan korkeuteen (eli korkeus jaettuna leveydellä). Mitä pienempi piirin kriittinen ulottuvuus (CD), sitä suurempi on kuvasuhdearvo. Eli olettaen, että kuvasuhdearvo on 10 ja leveys 10 nm, etsausprosessin aikana poratun reiän korkeuden tulisi olla 100 nm. Tästä syystä seuraavan sukupolven tuotteille, jotka vaativat ultraminiatyrisoinnin (2D) tai suuren tiheyden (3D), vaaditaan erittäin korkeita kuvasuhdearvoja sen varmistamiseksi, että kationit voivat tunkeutua pohjakalvoon etsauksen aikana.
Ultraminiatyrisointiteknologian saavuttamiseksi, jonka kriittinen ulottuvuus on alle 10 nm 2D-tuotteissa, dynaamisen hajasaantimuistin (DRAM) kondensaattorin kuvasuhdearvo tulee säilyttää yli 100:ssa. Samoin 3D NAND -flash-muisti vaatii myös korkeampia kuvasuhdearvoja pinoamaan 256 kerrosta tai enemmän solujen pinoamiskerroksia. Vaikka muiden prosessien edellyttämät ehdot täyttyisivät, vaadittuja tuotteita ei voida valmistaa, josetsausprosessiei ole standardin mukainen. Tästä syystä etsaustekniikasta on tulossa yhä tärkeämpi.
2. Yleiskatsaus plasmaetsaukseen
Kuva 2. Plasmalähdekaasun määrittäminen kalvotyypin mukaan
Onttoa putkea käytettäessä mitä kapeampi putken halkaisija on, sitä helpommin neste pääsee sisään, mikä on ns. kapillaariilmiö. Kuitenkin, jos avoimelle alueelle porataan reikä (suljettu pää), nesteen syöttö tulee melko vaikeaksi. Siksi, koska piirin kriittinen koko oli 3 um - 5 um 1970-luvun puolivälissä, kuivaetsauson vähitellen korvannut märkäetsauksen valtavirtana. Eli vaikka se on ionisoitu, se on helpompi tunkeutua syviin reikiin, koska yksittäisen molekyylin tilavuus on pienempi kuin orgaanisen polymeerin liuosmolekyylin.
Plasmasyövytyksen aikana etsaukseen käytetyn käsittelykammion sisäosa tulee säätää tyhjiötilaan ennen asiaankuuluvalle kerrokselle sopivan plasmalähdekaasun injektointia. Kiinteitä oksidikalvoja syövytettäessä tulee käyttää vahvempia hiilifluoridipohjaisia lähdekaasuja. Suhteellisen heikoille pii- tai metallikalvoille tulisi käyttää klooripohjaisia plasmalähdekaasuja.
Joten kuinka porttikerros ja alla oleva piidioksidia (SiO2) eristävä kerros tulisi syövyttää?
Ensinnäkin gate-kerrosta varten pii tulee poistaa käyttämällä klooripohjaista plasmaa (pii + kloori), jolla on polypii-etsausselektiivisyys. Alimman eristekerroksen piidioksidikalvo tulee syövyttää kahdessa vaiheessa käyttämällä hiilifluoridipohjaista plasmalähdekaasua (piidioksidi + hiilitetrafluoridi), jolla on vahvempi syövytyksen selektiivisyys ja tehokkuus.
3. Reaktiivinen ionisyövytys (RIE tai fysikaalis-kemiallinen etsaus).
Kuva 3. Reaktiivisen ionisyövytyksen edut (anisotropia ja korkea etsausnopeus)
Plasma sisältää sekä isotrooppisia vapaita radikaaleja että anisotrooppisia kationeja, joten miten se suorittaa anisotrooppisen syövytyksen?
Plasmakuivaetsaus suoritetaan pääasiassa reaktiivisella ionietsauksella (RIE, Reactive Ion Etching) tai tähän menetelmään perustuvilla sovelluksilla. RIE-menetelmän ydin on heikentää kalvon kohdemolekyylien välistä sitoutumisvoimaa hyökkäämällä etsausaluetta anisotrooppisilla kationeilla. Vapaat radikaalit absorboivat heikentynyttä aluetta, jotka yhdistyvät kerroksen muodostaviin hiukkasiin, muunnetaan kaasuksi (haihtuvaksi yhdisteeksi) ja vapautuvat.
Vaikka vapailla radikaaleilla on isotrooppisia ominaisuuksia, pohjapinnan muodostavat molekyylit (jonka sitomisvoimaa heikentää kationien hyökkäys) vangitsevat vapaat radikaalit helpommin ja muuttuvat uusiksi yhdisteiksi kuin sivuseinät, joilla on voimakas sitoutumisvoima. Siksi alaspäin etsauksesta tulee valtavirtaa. Siepatut hiukkaset muuttuvat kaasuksi vapaiden radikaalien kanssa, jotka desorboituvat ja vapautuvat pinnalta tyhjiön vaikutuksesta.
Tällä hetkellä fysikaalisella vaikutuksella saadut kationit ja kemiallisella vaikutuksella saadut vapaat radikaalit yhdistetään fysikaalista ja kemiallista etsausta varten, ja etsausnopeus (Etch Rate, syövytysaste tietyssä ajassa) kasvaa 10-kertaiseksi. verrattuna pelkkään kationiseen etsaukseen tai vapaiden radikaalien etsaukseen. Tämä menetelmä ei voi vain lisätä anisotrooppisen alaspäin syövytyksen etsausnopeutta, vaan myös ratkaista polymeerijäämien ongelman syövytyksen jälkeen. Tätä menetelmää kutsutaan reaktiiviseksi ionisyövytykseksi (RIE). Avain RIE-etsauksen menestykseen on löytää kalvon syövytykseen sopiva plasmalähdekaasu. Huomautus: Plasmaetsaus on RIE-etsaus, ja näitä kahta voidaan pitää samana konseptina.
4. Etch Rate ja Core Performance Index
Kuva 4. Syövytysnopeuteen liittyvä ydinetsaussuorituskykyindeksi
Syövytysnopeus viittaa kalvon syvyyteen, jonka odotetaan saavutettavan minuutissa. Joten mitä tarkoittaa, että etsausnopeus vaihtelee yksittäisen kiekon osista toiseen?
Tämä tarkoittaa, että etsaussyvyys vaihtelee kiekon osista toiseen. Tästä syystä on erittäin tärkeää asettaa päätepiste (EOP), johon etsauksen tulisi pysähtyä, ottaen huomioon keskimääräinen etsausnopeus ja syövytyssyvyys. Vaikka EOP on asetettu, on silti joitakin alueita, joilla etsaussyvyys on syvempi (yli-etsattu) tai matalampi (alietsattu) kuin alun perin suunniteltiin. Alietsaus aiheuttaa kuitenkin enemmän vahinkoa kuin ylietsaus etsauksen aikana. Koska alietsauksen tapauksessa alietsattu osa estää myöhempiä prosesseja, kuten ioni-istutusta.
Sillä välin selektiivisyys (mitattuna etsausnopeudella) on etsausprosessin keskeinen suorituskyvyn indikaattori. Mittausstandardi perustuu maskikerroksen (fotoresistikalvo, oksidikalvo, piinitridikalvo jne.) ja kohdekerroksen etsausnopeuden vertailuun. Tämä tarkoittaa, että mitä korkeampi selektiivisyys, sitä nopeammin kohdekerros syövytetään. Mitä korkeampi miniatyrisointiaste on, sitä korkeampi selektiivisyysvaatimus on varmistaa, että hienot kuviot voidaan esittää täydellisesti. Koska etsaussuunta on suora, kationisen syövytyksen selektiivisyys on alhainen, kun taas radikaalietsauksen selektiivisyys on korkea, mikä parantaa RIE:n selektiivisyyttä.
5. Etsausprosessi
Kuva 5. Etsausprosessi
Ensin kiekko asetetaan hapetusuuniin, jonka lämpötila pidetään välillä 800-1000 ℃, minkä jälkeen kiekon pinnalle muodostetaan kuivalla menetelmällä piidioksidikalvo (SiO2), jolla on hyvät eristysominaisuudet. Seuraavaksi pinnoitusprosessi viedään piikerroksen tai johtavan kerroksen muodostamiseksi oksidikalvolle kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD)/fysikaalisen höyrypinnoituksen (PVD) avulla. Jos muodostuu piikerros, voidaan tarvittaessa suorittaa epäpuhtauksien diffuusioprosessi johtavuuden lisäämiseksi. Epäpuhtauksien diffuusioprosessin aikana useita epäpuhtauksia lisätään usein toistuvasti.
Tässä vaiheessa eristekerros ja polypiikerros tulisi yhdistää syövytystä varten. Ensin käytetään fotoresistiä. Tämän jälkeen fotoresistikalvolle asetetaan maski ja märkävalotus suoritetaan upottamalla halutun kuvion (paljaalla silmällä näkymätön) painamiseksi fotoresistikalvoon. Kun kuvion ääriviivat paljastuvat kehityksen myötä, valoherkän alueen fotoresisti poistetaan. Sitten fotolitografiaprosessilla käsitelty kiekko siirretään etsausprosessiin kuivaetsausta varten.
Kuivaetsaus suoritetaan pääasiassa reaktiivisella ionietsauksella (RIE), jossa etsaus toistetaan pääasiassa korvaamalla kullekin kalvolle sopiva lähdekaasu. Sekä kuivaetsaus että märkäetsaus pyrkivät lisäämään etsauksen kuvasuhdetta (A/R-arvoa). Lisäksi tarvitaan säännöllinen puhdistus reiän pohjalle kertyneen polymeerin poistamiseksi (syövytyksellä muodostuva rako). Tärkeää on, että kaikki muuttujat (kuten materiaalit, lähdekaasu, aika, muoto ja järjestys) tulee säätää orgaanisesti, jotta puhdistusliuos tai plasmalähdekaasu pääsee virtaamaan alas kaivannon pohjalle. Pieni muutos muuttujassa edellyttää muiden muuttujien uudelleenlaskentaa, ja tätä uudelleenlaskentaprosessia toistetaan, kunnes se täyttää kunkin vaiheen tarkoituksen. Viime aikoina yksiatomiset kerrokset, kuten ALD-kerrokset, ovat ohuempia ja kovempia. Siksi etsaustekniikka on siirtymässä kohti alhaisten lämpötilojen ja paineiden käyttöä. Syövytysprosessilla pyritään hallitsemaan kriittistä ulottuvuutta (CD) hienojen kuvioiden tuottamiseksi ja varmistamaan, että etsausprosessin aiheuttamat ongelmat, erityisesti alietsaus ja jäämien poistoon liittyvät ongelmat vältetään. Yllä olevat kaksi syövytystä käsittelevää artikkelia pyrkivät antamaan lukijoille ymmärryksen etsausprosessin tarkoituksesta, esteistä edellä mainittujen tavoitteiden saavuttamiselle ja suoritusindikaattoreista, joita käytetään näiden esteiden voittamiseksi.
Postitusaika: 10.9.2024