Կիսահաղորդիչների ձևավորման գործընթացի հոսքի փորագրում

Վաղ թաց փորագրումը նպաստեց մաքրման կամ մոխրի գործընթացների զարգացմանը: Այսօր չոր փորագրությունը պլազմայի օգտագործմամբ դարձել է հիմնականփորագրման գործընթացը. Պլազման բաղկացած է էլեկտրոններից, կատիոններից և ռադիկալներից։ Պլազմայի վրա կիրառվող էներգիան հանգեցնում է նրան, որ չեզոք վիճակում գտնվող աղբյուրի գազի ամենահեռավոր էլեկտրոնները դուրս են հանվում՝ այդպիսով այդ էլեկտրոնները վերածելով կատիոնների:

Բացի այդ, մոլեկուլների անկատար ատոմները կարող են հեռացվել՝ օգտագործելով էներգիա՝ էլեկտրականորեն չեզոք ռադիկալներ ձևավորելու համար: Չոր փորագրման համար օգտագործվում են պլազման կազմող կատիոններ և ռադիկալներ, որտեղ կատիոնները անիզոտրոպ են (հարմար են որոշակի ուղղությամբ փորագրելու համար), իսկ ռադիկալները՝ իզոտրոպ (հարմար են բոլոր ուղղություններով փորագրելու համար): Ռադիկալների թիվը շատ ավելի մեծ է, քան կատիոնների թիվը։ Այս դեպքում չոր օֆորտը պետք է լինի իզոտրոպ, ինչպես թաց փորագրությունը։

Այնուամենայնիվ, չոր փորագրման անիզոտրոպ փորագրումն է, որը հնարավոր է դարձնում ծայրահեղ մանրացված սխեմաները: Ինչո՞վ է սա պայմանավորված։ Բացի այդ, կատիոնների և ռադիկալների փորագրման արագությունը շատ դանդաղ է։ Այսպիսով, ինչպե՞ս կարող ենք կիրառել պլազմային փորագրման մեթոդներ զանգվածային արտադրության մեջ՝ այս թերության դեպքում:

 

1. Տեսողության հարաբերակցություն (A/R)

 

Գծապատկեր 1. Տեսանկյունների հարաբերակցության հայեցակարգը և դրա վրա տեխնոլոգիական առաջընթացի ազդեցությունը

 

Aspect Ratio-ն հորիզոնական լայնության և ուղղահայաց բարձրության հարաբերակցությունն է (այսինքն՝ բարձրությունը բաժանված է լայնությամբ): Որքան փոքր է շղթայի կրիտիկական չափը (CD), այնքան մեծ է կողմերի հարաբերակցության արժեքը: Այսինքն, ենթադրելով 10 հարաբերակցության արժեքը և 10 նմ լայնությունը, փորագրման գործընթացում փորված անցքի բարձրությունը պետք է լինի 100 նմ: Հետևաբար, հաջորդ սերնդի արտադրանքների համար, որոնք պահանջում են ծայրահեղ մանրանկարչություն (2D) կամ բարձր խտություն (3D), պահանջվում են չափազանց բարձր հարաբերակցության արժեքներ՝ ապահովելու համար, որ կատիոնները կարող են ներթափանցել ներքևի թաղանթ փորագրման ընթացքում:

 

2D արտադրանքներում 10 նմ-ից պակաս կրիտիկական չափսերով ծայրահեղ մանրացման տեխնոլոգիա ձեռք բերելու համար դինամիկ պատահական մուտքի հիշողության (DRAM) կոնդենսատորի հարաբերակցության արժեքը պետք է պահպանվի 100-ից բարձր։ 256 շերտ կամ ավելի բջիջների կուտակման շերտեր հավաքելու համար: Նույնիսկ եթե այլ գործընթացների համար պահանջվող պայմանները բավարարված են, անհրաժեշտ արտադրանքը չի կարող արտադրվել, եթեփորագրման գործընթացըստանդարտին համապատասխան չէ. Սա է պատճառը, որ փորագրման տեխնոլոգիան դառնում է ավելի կարևոր:

 

2. Պլազմայի փորագրման ակնարկ

 

Նկար 2. Պլազմային աղբյուրի գազի որոշում ըստ ֆիլմի տեսակի

 

Երբ օգտագործվում է խոռոչ խողովակ, որքան նեղ է խողովակի տրամագիծը, այնքան ավելի հեշտ է հեղուկի ներթափանցումը, որը այսպես կոչված մազանոթային երեւույթ է: Այնուամենայնիվ, եթե բացված տարածքում փոս (փակ ծայր) պետք է փորվի, հեղուկի մուտքը բավականին դժվար է դառնում: Հետևաբար, քանի որ 1970-ականների կեսերին շղթայի կրիտիկական չափը 3 մմ-ից 5 մմ էր, չորփորագրությունաստիճանաբար փոխարինել է թաց փորագրությունը որպես հիմնական: Այսինքն, թեև իոնացված է, բայց ավելի հեշտ է խորը անցքեր ներթափանցել, քանի որ մեկ մոլեկուլի ծավալն ավելի փոքր է, քան օրգանական պոլիմերային լուծույթի մոլեկուլինը:

Պլազմայի փորագրման ժամանակ փորագրման համար օգտագործվող մշակման խցիկի ինտերիերը պետք է հարմարեցվի վակուումային վիճակի, նախքան համապատասխան շերտի համար հարմար պլազմային աղբյուրի գազը ներարկելը: Պինդ օքսիդի թաղանթները փորագրելիս պետք է օգտագործվեն ավելի ուժեղ ածխածնի ֆտորի վրա հիմնված աղբյուր գազեր: Համեմատաբար թույլ սիլիցիումի կամ մետաղական թաղանթների համար պետք է օգտագործվեն քլորի վրա հիմնված պլազմային աղբյուրի գազեր:

Այսպիսով, ինչպե՞ս պետք է փորագրվեն դարպասի շերտը և դրա տակ գտնվող սիլիցիումի երկօքսիդի (SiO2) մեկուսիչ շերտը:

Նախ, դարպասի շերտի համար սիլիցիումը պետք է հեռացվի քլորի վրա հիմնված պլազմայի միջոցով (սիլիցիում + քլոր) պոլիսիլիկոնի փորագրման ընտրողականությամբ: Ներքևի մեկուսիչ շերտի համար սիլիցիումի երկօքսիդի թաղանթը պետք է փորագրվի երկու քայլով՝ օգտագործելով ածխածնի ֆտորիդի վրա հիմնված պլազմային աղբյուրի գազ (սիլիցիումի երկօքսիդ + ածխածնի տետրաֆտորիդ) ավելի ուժեղ փորագրման ընտրողականությամբ և արդյունավետությամբ:

 

3. Ռեակտիվ իոնային փորագրման (RIE կամ ֆիզիկաքիմիական փորագրում) գործընթաց

 

Նկար 3. Ռեակտիվ իոնային փորագրման առավելությունները (անիզոտրոպիա և փորագրման բարձր արագություն)

 

Պլազման պարունակում է և՛ իզոտրոպ ազատ ռադիկալներ, և՛ անիզոտրոպ կատիոններ, ուստի ինչպե՞ս է այն կատարում անիզոտրոպ փորագրումը:

Պլազմայի չոր փորագրումը հիմնականում կատարվում է ռեակտիվ իոնային փորագրման միջոցով (RIE, Reactive Ion Etching) կամ այս մեթոդի վրա հիմնված հավելվածներով: RIE մեթոդի հիմքը թաղանթի թիրախային մոլեկուլների միջև կապող ուժի թուլացումն է՝ անիզոտրոպ կատիոններով փորագրման տարածքը հարձակվելու միջոցով: Թուլացած տարածքը ներծծվում է ազատ ռադիկալներով, միավորվում է շերտը կազմող մասնիկների հետ, վերածվում գազի (ցնդող միացություն) և ազատվում։

Թեև ազատ ռադիկալներն ունեն իզոտրոպ հատկություններ, մոլեկուլները, որոնք կազմում են ստորին մակերեսը (որոնց կապող ուժը թուլանում է կատիոնների հարձակման հետևանքով) ավելի հեշտությամբ գրավվում են ազատ ռադիկալների կողմից և վերածվում նոր միացությունների, քան ուժեղ կապող ուժով կողային պատերը: Հետևաբար, ներքև փորագրությունը դառնում է հիմնական: Գրավված մասնիկները վերածվում են գազի՝ ազատ ռադիկալներով, որոնք վակուումի ազդեցության տակ քայքայվում և ազատվում են մակերեսից։

 

Այս պահին ֆիզիկական և քիմիական ազդեցությամբ ստացված կատիոնները և քիմիական ազդեցությամբ ստացված ազատ ռադիկալները միացվում են ֆիզիկական և քիմիական փորագրման համար, իսկ փորագրման արագությունը (Etch Rate, փորագրման աստիճանը որոշակի ժամանակահատվածում) ավելանում է 10 անգամ: համեմատած կատիոնային փորագրման կամ միայն ազատ ռադիկալների փորագրման հետ: Այս մեթոդը կարող է ոչ միայն մեծացնել անիզոտրոպ ներքև փորագրման փորագրման արագությունը, այլև լուծել փորագրումից հետո պոլիմերային մնացորդի խնդիրը: Այս մեթոդը կոչվում է ռեակտիվ իոնային փորագրում (RIE): RIE փորագրման հաջողության բանալին ֆիլմը փորագրելու համար հարմար պլազմայի աղբյուրի գազ գտնելն է: Նշում. Պլազմային փորագրումը RIE փորագրություն է, և երկուսը կարելի է համարել նույն հասկացությունը:

 

4. Etch Rate և Core Performance Index

 

Նկար 4. Հիմնական Etch Performance Index՝ կապված Etch Rate-ի հետ

 

Etch rate-ը վերաբերում է ֆիլմի այն խորությանը, որը ակնկալվում է հասնել մեկ րոպեի ընթացքում: Այսպիսով, ի՞նչ է նշանակում, որ փորագրման արագությունը տատանվում է մասից մաս մեկ վաֆլի վրա:

Սա նշանակում է, որ փորագրման խորությունը տատանվում է մասից մաս վաֆլի վրա: Այս պատճառով շատ կարևոր է սահմանել վերջնակետը (EOP), որտեղ փորագրումը պետք է դադարեցվի՝ հաշվի առնելով փորագրման միջին արագությունը և փորագրման խորությունը: Նույնիսկ եթե EOP-ը սահմանված է, դեռ կան որոշ տարածքներ, որտեղ փորագրման խորությունը ավելի խորն է (գերափորագրված) կամ ավելի մակերեսային (թերփորագրված), քան ի սկզբանե նախատեսված էր: Այնուամենայնիվ, թերփորագրումն ավելի շատ վնաս է հասցնում, քան փորագրման ժամանակ ավելորդ փորագրումը: Որովհետև թերփորագրման դեպքում թերփորագրված մասը կխանգարի հետագա գործընթացներին, ինչպիսին է իոնային իմպլանտացիան:

Միևնույն ժամանակ, ընտրողականությունը (չափվում է փորագրման արագությամբ) փորագրման գործընթացի հիմնական կատարողական ցուցանիշն է: Չափման ստանդարտը հիմնված է դիմակի շերտի փորագրման արագության համեմատության վրա (ֆոտորեզիստական ​​թաղանթ, օքսիդ թաղանթ, սիլիցիումի նիտրիդային թաղանթ և այլն) և թիրախային շերտը: Սա նշանակում է, որ որքան բարձր է ընտրողականությունը, այնքան ավելի արագ է փորագրվում թիրախային շերտը: Որքան բարձր է մանրանկարչության մակարդակը, այնքան բարձր է ընտրողականության պահանջը` ապահովելու համար, որ նուրբ նախշերը կարող են կատարյալ ներկայացվել: Քանի որ փորագրման ուղղությունը ուղիղ է, կատիոնային փորագրման ընտրողականությունը ցածր է, մինչդեռ արմատական ​​փորագրման ընտրողականությունը բարձր է, ինչը բարելավում է RIE-ի ընտրողականությունը:

 

5. Փորագրման գործընթացը

 

Նկար 5. Փորագրման գործընթացը

 

Սկզբում վաֆլը տեղադրվում է 800-ից 1000℃ ջերմաստիճանի միջակայքում պահպանվող օքսիդացման վառարանում, այնուհետև չոր եղանակով վաֆլի մակերևույթի վրա ձևավորվում է բարձր ջերմամեկուսիչ հատկություններով սիլիցիումի երկօքսիդի (SiO2) թաղանթ: Այնուհետև, նստեցման գործընթացը մտնում է օքսիդի թաղանթի վրա սիլիցիումային շերտ կամ հաղորդիչ շերտ ձևավորելու համար քիմիական գոլորշիների նստեցման (CVD)/ֆիզիկական գոլորշիների նստեցման (PVD) միջոցով: Եթե ​​ձևավորվում է սիլիցիումային շերտ, ապա անհրաժեշտության դեպքում կարող է իրականացվել կեղտի դիֆուզիոն գործընթաց՝ հաղորդունակությունը բարձրացնելու համար: Կեղտոտման դիֆուզիայի գործընթացի ընթացքում մի քանի կեղտեր հաճախ ավելացվում են բազմիցս:

Այս պահին մեկուսիչ շերտը և պոլիսիլիկոնային շերտը պետք է միացվեն փորագրման համար: Նախ, օգտագործվում է ֆոտոռեզիստ: Այնուհետև, ֆոտոռեզիստական ​​թաղանթի վրա տեղադրվում է դիմակ, և թաց բացահայտումը կատարվում է ընկղմամբ՝ ցանկալի օրինակը (անզեն աչքով անտեսանելի) տպելու համար ֆոտոռեզիստական ​​թաղանթի վրա: Երբ օրինաչափության ուրվագիծը բացահայտվում է մշակման արդյունքում, լուսազգայուն տարածքում գտնվող ֆոտոռեզիստը հեռացվում է: Այնուհետև ֆոտոլիտոգրաֆիայի գործընթացով մշակված վաֆլը տեղափոխվում է փորագրման գործընթաց՝ չոր փորագրման համար։

Չոր փորագրումը հիմնականում իրականացվում է ռեակտիվ իոնային փորագրման միջոցով (RIE), որի դեպքում փորագրումը կրկնվում է հիմնականում յուրաքանչյուր թաղանթի համար հարմար աղբյուրի գազի փոխարինմամբ: Ե՛վ չոր, և՛ թաց փորագրման նպատակն է մեծացնել փորագրման հարաբերակցությունը (A/R արժեքը): Բացի այդ, կանոնավոր մաքրում է պահանջվում՝ փոսի հատակում կուտակված պոլիմերը (փորագրման արդյունքում առաջացած բացը) հեռացնելու համար։ Կարևոր կետն այն է, որ բոլոր փոփոխականները (օրինակ՝ նյութերը, աղբյուրի գազը, ժամանակը, ձևը և հաջորդականությունը) պետք է օրգանապես ճշգրտվեն՝ ապահովելու համար, որ մաքրող լուծույթը կամ պլազմային աղբյուրի գազը կարող է հոսել դեպի խրամատի հատակը: Փոփոխականի աննշան փոփոխությունը պահանջում է այլ փոփոխականների վերահաշվարկ, և այս վերահաշվարկի գործընթացը կրկնվում է այնքան ժամանակ, մինչև այն համապատասխանի յուրաքանչյուր փուլի նպատակին: Վերջերս միատոմային շերտերը, ինչպիսիք են ատոմային շերտի նստվածքը (ALD) շերտերը, դարձել են ավելի բարակ և կարծր: Հետևաբար, փորագրման տեխնոլոգիան շարժվում է դեպի ցածր ջերմաստիճանների և ճնշումների կիրառում: Փորագրման գործընթացը նպատակ ունի վերահսկել կրիտիկական չափը (CD)՝ ստեղծելու նուրբ նախշեր և ապահովել, որ փորագրման գործընթացի հետևանքով առաջացած խնդիրներից խուսափելը, հատկապես թերփորագրումը և մնացորդների հեռացման հետ կապված խնդիրները: Օֆորտի մասին վերը նշված երկու հոդվածները նպատակ ունեն ընթերցողներին պատկերացում կազմել օֆորտի գործընթացի նպատակի, վերը նշված նպատակներին հասնելու խոչընդոտների և նման խոչընդոտների հաղթահարման համար օգտագործվող կատարողականի ցուցանիշների մասին: