A korai nedves maratás elősegítette a tisztítási vagy hamvasztási folyamatok kialakulását. Napjainkra a plazma segítségével történő száraz maratás általánossá váltmaratási folyamat. A plazma elektronokból, kationokból és gyökökből áll. A plazmára alkalmazott energia hatására a semleges állapotban lévő forrásgáz legkülső elektronjai leszakadnak, ezáltal ezek az elektronok kationokká alakulnak.
Ezenkívül a molekulák tökéletlen atomjait le lehet húzni energia alkalmazásával elektromosan semleges gyökök létrehozására. A száraz maratáshoz plazmát alkotó kationokat és gyököket használnak, ahol a kationok anizotrópok (bizonyos irányú maratásra alkalmasak), a gyökök pedig izotrópok (minden irányú maratásra alkalmasak). A gyökök száma sokkal nagyobb, mint a kationok száma. Ebben az esetben a száraz maratásnak izotrópnak kell lennie, mint a nedves maratáshoz.
Azonban a száraz maratás anizotróp marása teszi lehetővé az ultraminiatürizált áramkörök létrehozását. Mi ennek az oka? Ezenkívül a kationok és gyökök marási sebessége nagyon lassú. Hogyan alkalmazhatjuk tehát a plazmamaratási módszereket a tömeggyártásban e hiányosság mellett?
1. Képarány (A/R)
1. ábra A képarány fogalma és a technológiai fejlődés hatása rá
Az Aspect Ratio a vízszintes szélesség és a függőleges magasság aránya (azaz a magasság osztva a szélességgel). Minél kisebb az áramkör kritikus mérete (CD), annál nagyobb az oldalarány értéke. Vagyis 10-es méretarányt és 10nm szélességet feltételezve a maratási folyamat során fúrt furat magassága 100nm legyen. Ezért az ultraminiatürizálást (2D) vagy nagy sűrűséget (3D) igénylő következő generációs termékeknél rendkívül magas képarány-értékekre van szükség annak biztosítására, hogy a kationok behatolhassanak az alsó filmbe a maratás során.
A 2D termékekben 10 nm-nél kisebb kritikus dimenziójú ultraminiatürizálási technológia eléréséhez a dinamikus véletlen elérésű memória (DRAM) kondenzátor oldalarányát 100 felett kell tartani. Hasonlóképpen a 3D NAND flash memóriához is magasabb képarány értékekre van szükség. 256 vagy több réteg egymásra helyezéséhez. Az egyéb folyamatokhoz szükséges feltételek teljesülése esetén sem állíthatók elő a szükséges termékek, ha amaratási folyamatnem felel meg a szabványnak. Ezért válik egyre fontosabbá a maratási technológia.
2. A plazmamaratás áttekintése
2. ábra Plazmaforrás gáz meghatározása filmtípus szerint
Üreges cső használatakor minél szűkebb a csőátmérő, annál könnyebben jut be a folyadék, ami az úgynevezett kapilláris jelenség. Ha azonban lyukat (zárt végű) kell fúrni a szabaddá tett területen, a folyadék bejutása meglehetősen nehézkessé válik. Ezért, mivel az áramkör kritikus mérete 3-5 um volt az 1970-es évek közepén, szárazrézkarcfokozatosan felváltotta a nedves rézkaratot, mint a mainstreamet. Vagyis bár ionizált, könnyebben behatol a mély lyukakba, mert egyetlen molekula térfogata kisebb, mint a szerves polimer oldat molekuláé.
A plazmamarás során a maratáshoz használt feldolgozókamra belsejét vákuum állapotba kell állítani, mielőtt a megfelelő réteghez megfelelő plazmaforrás gázt injektálnánk. Szilárd oxidfilmek maratásakor erősebb szén-fluorid alapú forrásgázokat kell használni. Viszonylag gyenge szilícium vagy fém fóliák esetén klór alapú plazmaforrás gázokat kell használni.
Tehát hogyan kell maratni a kapuréteget és az alatta lévő szilícium-dioxid (SiO2) szigetelőréteget?
Először is, a kapurétegnél a szilíciumot klór alapú plazmával (szilícium + klór) kell eltávolítani, poliszilícium maratási szelektivitással. Az alsó szigetelőrétegnél a szilícium-dioxid filmet két lépésben kell maratni szén-fluorid alapú plazmaforrás gázzal (szilícium-dioxid + szén-tetrafluorid), erősebb maratási szelektivitással és hatékonysággal.
3. Reaktív ionos maratási (RIE vagy fizikokémiai maratási) eljárás
3. ábra A reaktív ionos maratás előnyei (anizotrópia és nagy maratási sebesség)
A plazma izotróp szabad gyököket és anizotróp kationokat is tartalmaz, tehát hogyan végez anizotróp maratást?
A plazmaszáraz maratást főként reaktív ionos maratással (RIE, Reactive Ion Etching) vagy ezen a módszeren alapuló alkalmazásokkal végzik. A RIE módszer lényege a filmben lévő célmolekulák közötti kötőerő gyengítése azáltal, hogy a maratási területet anizotróp kationokkal támadja meg. A legyengült területet a szabad gyökök elnyelik, a réteget alkotó részecskékkel egyesülve gázzá (illékony vegyületté) alakulnak és felszabadulnak.
Bár a szabad gyökök izotróp tulajdonságokkal rendelkeznek, az alsó felületet alkotó molekulákat (amelyek kötőerejét gyengíti a kationok támadása) a szabad gyökök könnyebben befogják és új vegyületekké alakítják, mint az erős kötőerővel rendelkező oldalfalakat. Ezért a lefelé irányuló rézkarc lesz a főáram. A befogott részecskék szabad gyökökkel gázokká válnak, amelyek vákuum hatására deszorbeálódnak és felszabadulnak a felszínről.
Ekkor a fizikai és kémiai hatású maratáshoz a fizikai hatás által nyert kationokat és a kémiai úton nyert szabad gyököket kombinálják, és a maratási sebességet (Etch Rate, a maratási fok egy bizonyos időtartam alatt) 10-szeresére növelik. összehasonlítva a kationos maratással vagy egyedül a szabad gyökös maratással. Ezzel a módszerrel nem csak az anizotróp lefelé irányuló maratás maratási sebessége növelhető, hanem a maratás utáni polimermaradványok problémája is megoldható. Ezt a módszert reaktív ionmaratásnak (RIE) nevezik. A RIE maratás sikerének kulcsa a film maratására alkalmas plazmaforrás gáz megtalálása. Megjegyzés: A plazmamaratás RIE maratás, és a kettő ugyanannak a fogalomnak tekinthető.
4. Maratási sebesség és magteljesítmény-index
4. ábra: Core Etch Performance Index a maratási sebességhez kapcsolódóan
A maratási sebesség a film egy percen belül várhatóan elérhető mélységére vonatkozik. Tehát mit jelent az, hogy a maratási sebesség egyetlen ostyán részenként változik?
Ez azt jelenti, hogy a maratási mélység az ostyán részenként változik. Emiatt nagyon fontos beállítani azt a végpontot (EOP), ahol a marásnak meg kell állnia, figyelembe véve az átlagos maratási sebességet és a marási mélységet. Még ha az EOP be van állítva is, vannak olyan területek, ahol a maratási mélység mélyebb (túlmarás) vagy sekélyebb (alulmarás), mint az eredetileg tervezett. Az alulmarás azonban több kárt okoz, mint a túlmarás a maratás során. Mert alulmarás esetén az alulmaratott rész akadályozza a későbbi folyamatokat, például az ionbeültetést.
Eközben a szelektivitás (a maratási sebességgel mérve) a maratási folyamat kulcsfontosságú teljesítménymutatója. A mérési szabvány a maszkréteg (fotoreziszt film, oxidfilm, szilícium-nitrid film stb.) és a célréteg maratási sebességének összehasonlításán alapul. Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb a szelektivitás, annál gyorsabban maródik a célréteg. Minél magasabb a miniatürizálás szintje, annál nagyobb a szelektivitási követelmény a finom minták tökéletes megjelenítéséhez. Mivel a maratási irány egyenes, a kationos maratás szelektivitása alacsony, míg a gyökös maratás szelektivitása magas, ami javítja a RIE szelektivitását.
5. Rézkarcolás folyamata
5. ábra Maratási folyamat
Először az ostyát egy 800 és 1000 ℃ közötti hőmérsékletű oxidációs kemencébe helyezik, majd száraz módszerrel nagy szigetelő tulajdonságú szilícium-dioxid (SiO2) filmet alakítanak ki az ostya felületén. Ezután a leválasztási folyamatba lépnek, hogy szilíciumréteget vagy vezető réteget képezzenek az oxidfilmen kémiai gőzfázisú leválasztással (CVD)/fizikai gőzleválasztással (PVD). Ha szilíciumréteg képződik, szükség esetén szennyeződés-diffúziós eljárást lehet végrehajtani a vezetőképesség növelése érdekében. A szennyeződés diffúziós folyamata során gyakran többszörös szennyeződést adnak hozzá.
Ekkor a szigetelő réteget és a poliszilícium réteget kombinálni kell a maratáshoz. Először is fotorezisztet használnak. Ezt követően maszkot helyeznek a fotoreziszt filmre, és nedves expozíciót végeznek bemerítéssel, hogy a kívánt (szabad szemmel nem látható) mintát rányomják a fotoreziszt filmre. Amikor a mintázat körvonalai az előhívás során feltárulnak, a fényérzékeny területen lévő fotoreziszt eltávolításra kerül. Ezután a fotolitográfiás eljárással feldolgozott ostyát a maratási eljárásba helyezik száraz maratásra.
A száraz maratást főként reaktív ionmaratással (RIE) végzik, amelyben a maratást főként az egyes filmekhez megfelelő forrásgáz cseréjével ismétlik meg. Mind a száraz, mind a nedves maratás célja a maratási méretarány (A/R érték) növelése. Ezenkívül rendszeres tisztítás szükséges a lyuk alján felgyülemlett polimer (a maratással keletkezett rés) eltávolításához. A fontos szempont az, hogy minden változót (például anyagok, forrásgáz, idő, forma és sorrend) szervesen be kell állítani, hogy a tisztítóoldat vagy a plazmaforrás gáz le tudjon áramlani az árok aljára. Egy változó enyhe változása más változók újraszámítását igényli, és ezt az újraszámítási folyamatot addig ismételjük, amíg el nem éri az egyes szakaszok célját. Az utóbbi időben az egyatomos rétegek, például az atomréteg-lerakódás (ALD) rétegek vékonyabbá és keményebbé váltak. Ezért a maratási technológia az alacsony hőmérséklet és nyomás alkalmazása felé halad. A maratási folyamat célja a kritikus dimenzió (CD) szabályozása, hogy finom mintákat hozzon létre, és biztosítsa a maratási folyamat által okozott problémák elkerülését, különösen az alulmaratást és a maradék eltávolításával kapcsolatos problémákat. A fenti két, maratással foglalkozó cikk célja, hogy az olvasók megértsék a maratási folyamat célját, a fenti célok elérését akadályozó tényezőket, valamint az ilyen akadályok leküzdésére használt teljesítménymutatókat.
Feladás időpontja: 2024.09.10