Rano mokro jetkanje pospješilo je razvoj procesa čišćenja ili pepelenja. Danas je suho jetkanje korištenjem plazme postalo mainstreamproces jetkanja. Plazma se sastoji od elektrona, kationa i radikala. Energija primijenjena na plazmu uzrokuje skidanje najudaljenijih elektrona izvornog plina u neutralnom stanju, čime se ti elektroni pretvaraju u katione.
Osim toga, nesavršeni atomi u molekulama mogu se odvojiti primjenom energije da bi se formirali električki neutralni radikali. Suho jetkanje koristi katione i radikale koji čine plazmu, pri čemu su kationi anizotropni (prikladni za jetkanje u određenom smjeru), a radikali izotropni (prikladni za jetkanje u svim smjerovima). Broj radikala daleko je veći od broja kationa. U tom slučaju suho jetkanje treba biti izotropno poput mokrog jetkanja.
Međutim, anizotropno jetkanje suhog jetkanja čini mogućim ultraminijaturizirane sklopove. Koji je razlog tome? Osim toga, brzina jetkanja kationa i radikala je vrlo spora. Dakle, kako možemo primijeniti metode plazma jetkanja u masovnoj proizvodnji usprkos ovom nedostatku?
1. Omjer slike (A/R)
Slika 1. Pojam omjera stranica i utjecaj tehnološkog napretka na njega
Omjer širine i visine je omjer vodoravne širine i okomite visine (tj. visine podijeljene širinom). Što je manja kritična dimenzija (CD) sklopa, to je veća vrijednost omjera širine i visine. To jest, uz pretpostavku da je omjer širine 10 i širina 10 nm, visina rupe izbušene tijekom procesa jetkanja trebala bi biti 100 nm. Stoga, za proizvode sljedeće generacije koji zahtijevaju ultra-minijaturizaciju (2D) ili visoku gustoću (3D), potrebne su iznimno visoke vrijednosti omjera kako bi se osiguralo da kationi mogu prodrijeti u donji film tijekom jetkanja.
Kako bi se postigla tehnologija ultra-minijaturizacije s kritičnom dimenzijom manjom od 10 nm u 2D proizvodima, vrijednost omjera širine i visine kondenzatora dinamičke memorije s izravnim pristupom (DRAM) trebala bi se održavati iznad 100. Slično tome, 3D NAND flash memorija također zahtijeva veće vrijednosti omjera slike za slaganje 256 slojeva ili više slojeva slaganja ćelija. Čak i ako su ispunjeni uvjeti potrebni za druge procese, potrebni se proizvodi ne mogu proizvesti akoproces jetkanjanije na razini standarda. Zbog toga tehnologija jetkanja postaje sve važnija.
2. Pregled plazma jetkanja
Slika 2. Određivanje plina izvora plazme prema vrsti filma
Kada se koristi šuplja cijev, što je uži promjer cijevi, to lakše ulazi tekućina, što je tzv. kapilarni fenomen. Međutim, ako treba izbušiti rupu (zatvoreni kraj) na izloženom području, unos tekućine postaje prilično otežan. Stoga, budući da je kritična veličina kruga bila 3 um do 5 um sredinom 1970-ih, suhajetkanjeje postupno zamijenio mokro jetkanje kao mainstream. To jest, iako je ioniziran, lakše je prodrijeti u duboke rupe jer je volumen jedne molekule manji od volumena molekule otopine organskog polimera.
Tijekom jetkanja plazmom, unutrašnjost komore za obradu koja se koristi za jetkanje treba se podesiti na stanje vakuuma prije ubrizgavanja izvornog plina plazme prikladnog za odgovarajući sloj. Kod jetkanja krutih oksidnih filmova treba koristiti jače izvorne plinove na bazi ugljikovog fluorida. Za relativno slabe filmove od silicija ili metala treba koristiti plinove izvora plazme na bazi klora.
Dakle, kako bi sloj vrata i ispod njega izolacijski sloj silicijevog dioksida (SiO2) trebali biti urezani?
Prvo, za sloj vrata, silicij treba ukloniti pomoću plazme na bazi klora (silicij + klor) sa selektivnošću jetkanja polisilicija. Za donji izolacijski sloj, film silicijevog dioksida trebao bi biti ugraviran u dva koraka korištenjem izvora plazme na bazi ugljikovog fluorida (silicijev dioksid + ugljikov tetrafluorid) s jačom selektivnošću i učinkovitošću jetkanja.
3. Postupak reaktivnog ionskog jetkanja (RIE ili fizikalno-kemijsko jetkanje).
Slika 3. Prednosti reaktivnog ionskog jetkanja (anizotropija i visoka brzina jetkanja)
Plazma sadrži i izotropne slobodne radikale i anizotropne katione, kako onda izvodi anizotropno jetkanje?
Plazma suho jetkanje se uglavnom izvodi reaktivnim ionskim jetkanjem (RIE, Reactive Ion Etching) ili aplikacijama koje se temelje na ovoj metodi. Srž RIE metode je oslabiti silu vezivanja između ciljnih molekula u filmu napadanjem područja nagrizanja anizotropnim kationima. Oslabljeno područje apsorbiraju slobodni radikali, u kombinaciji s česticama koje čine sloj, pretvaraju se u plin (hlapljivi spoj) i otpuštaju.
Iako slobodni radikali imaju izotropna svojstva, molekule koje čine donju površinu (čija je sila vezivanja oslabljena napadom kationa) slobodni radikali lakše hvataju i pretvaraju u nove spojeve nego bočne stijenke s jakom silom vezivanja. Stoga graviranje prema dolje postaje mainstream. Uhvaćene čestice postaju plin sa slobodnim radikalima koji se pod djelovanjem vakuuma desorbiraju i oslobađaju s površine.
U ovom trenutku, kationi dobiveni fizičkim djelovanjem i slobodni radikali dobiveni kemijskim djelovanjem kombiniraju se za fizičko i kemijsko jetkanje, a brzina jetkanja (Etch Rate, stupanj jetkanja u određenom vremenskom razdoblju) povećava se 10 puta u usporedbi sa slučajem kationskog jetkanja ili samog jetkanja slobodnim radikalima. Ova metoda ne samo da može povećati brzinu jetkanja anizotropnog jetkanja prema dolje, već i riješiti problem ostataka polimera nakon jetkanja. Ova metoda se naziva reaktivno ionsko jetkanje (RIE). Ključ uspjeha RIE jetkanja je pronalazak plina izvora plazme prikladnog za jetkanje filma. Napomena: Plazma jetkanje je RIE jetkanje i to se dvoje može smatrati istim konceptom.
4. Etch Rate i Core Performance Index
Slika 4. Indeks performansi jetkanja jezgre povezan s brzinom jetkanja
Brzina jetkanja odnosi se na dubinu filma za koju se očekuje da će biti postignuta u jednoj minuti. Dakle, što znači da brzina jetkanja varira od dijela do dijela na jednoj ploči?
To znači da dubina ugriza varira od dijela do dijela na pločici. Iz tog razloga, vrlo je važno postaviti krajnju točku (EOP) gdje bi se jetkanje trebalo zaustaviti uzimajući u obzir prosječnu brzinu jetkanja i dubinu jetkanja. Čak i ako je EOP postavljen, još uvijek postoje neka područja gdje je dubina ugriza dublja (pretjerano ugrizana) ili plića (premalo urezana) od prvobitno planiranog. Međutim, nedovoljno jetkanje uzrokuje više štete nego prekomjerno jetkanje tijekom jetkanja. Budući da će u slučaju nedovoljno jetkanja, nedovoljno jetkani dio ometati naknadne procese kao što je ionska implantacija.
U međuvremenu, selektivnost (mjerena brzinom jetkanja) ključni je pokazatelj učinkovitosti procesa jetkanja. Mjerni standard temelji se na usporedbi brzine jetkanja sloja maske (fotorezistentni film, oksidni film, film silicijevog nitrida itd.) i ciljnog sloja. To znači da što je selektivnost veća, ciljni sloj se brže urezuje. Što je viša razina minijaturizacije, to je veći zahtjev za selektivnošću kako bi se osiguralo da se fini uzorci mogu savršeno prikazati. Budući da je smjer jetkanja ravan, selektivnost kationskog jetkanja je niska, dok je selektivnost radikalnog jetkanja visoka, što poboljšava selektivnost RIE.
5. Postupak jetkanja
Slika 5. Proces jetkanja
Najprije se pločica stavlja u oksidacijsku peć s temperaturom koja se održava između 800 i 1000 ℃, a zatim se na površini pločice suhom metodom oblikuje film silicijevog dioksida (SiO2) s visokim izolacijskim svojstvima. Zatim se ulazi u proces taloženja kako bi se formirao sloj silicija ili vodljivi sloj na oksidnom filmu kemijskim taloženjem iz pare (CVD)/fizičkim taloženjem iz pare (PVD). Ako se formira sloj silicija, može se provesti proces difuzije nečistoća kako bi se povećala vodljivost ako je potrebno. Tijekom procesa difuzije nečistoća često se opetovano dodaju više nečistoća.
U ovom trenutku, izolacijski sloj i sloj polisilicija trebaju se kombinirati za jetkanje. Prvo se koristi fotorezist. Nakon toga, maska se postavlja na fotootporni film i izvodi se vlažna ekspozicija uranjanjem kako bi se utisnuo željeni uzorak (nevidljiv golim okom) na fotootporni film. Kada se obris uzorka otkrije razvijanjem, fotootporni sloj u fotoosjetljivom području se uklanja. Zatim se pločica obrađena postupkom fotolitografije prenosi u proces jetkanja za suho jetkanje.
Suho jetkanje uglavnom se provodi reaktivnim ionskim jetkanjem (RIE), u kojem se jetkanje ponavlja uglavnom zamjenom izvornog plina prikladnog za svaki film. I suho i mokro jetkanje imaju za cilj povećati omjer širine i visine (A/R vrijednost) jetkanja. Osim toga, potrebno je redovito čišćenje kako bi se uklonio polimer nakupljen na dnu rupe (praznina nastala jetkanjem). Važno je da sve varijable (kao što su materijali, izvorni plin, vrijeme, oblik i redoslijed) trebaju biti organski prilagođene kako bi se osiguralo da otopina za čišćenje ili plazma izvor plina može teći dolje do dna rova. Mala promjena u varijabli zahtijeva ponovni izračun drugih varijabli, a ovaj se proces ponovnog izračuna ponavlja sve dok ne ispuni svrhu svake faze. Nedavno su monoatomski slojevi kao što su slojevi taloženja atomskim slojem (ALD) postali tanji i tvrđi. Stoga se tehnologija jetkanja kreće prema korištenju niskih temperatura i tlakova. Proces jetkanja ima za cilj kontrolirati kritičnu dimenziju (CD) kako bi se proizveli fini uzorci i osiguralo da se izbjegnu problemi uzrokovani postupkom jetkanja, posebno nedovoljno jetkanje i problemi povezani s uklanjanjem ostataka. Gornja dva članka o jetkanju imaju za cilj pružiti čitateljima razumijevanje svrhe procesa jetkanja, prepreka za postizanje gore navedenih ciljeva i pokazatelja učinka koji se koriste za prevladavanje takvih prepreka.
Vrijeme objave: 10. rujna 2024