Hálfleiðuramynsturferli flæðiætsunar

Snemma blautæting stuðlaði að þróun hreinsunar- eða öskuferla. Í dag hefur þurræting með plasma orðið almenntætingarferli. Plasma samanstendur af rafeindum, katjónum og róttækum. Orkan sem beitt er á plasma veldur því að ystu rafeindir upprunagassins í hlutlausu ástandi eru fjarlægðar og breytir þar með þessum rafeindum í katjónir.

Að auki er hægt að fjarlægja ófullkomnar frumeindir í sameindum með því að beita orku til að mynda rafhlutlausa stakeindir. Í þurrætingu eru notaðar katjónir og róteindir sem mynda plasma, þar sem katjónir eru anisotropic (hentar til ætingar í ákveðna átt) og radicals eru ísótrópískir (henta til ætingar í allar áttir). Fjöldi róttækra er mun meiri en fjöldi katjóna. Í þessu tilviki ætti þurr æting að vera jafntrópísk eins og blaut æting.

Hins vegar er það anísótrópísk æting þurrætingar sem gerir ofursmágrænar hringrásir mögulegar. Hver er ástæðan fyrir þessu? Þar að auki er ætingarhraði katjóna og róteinda mjög hægur. Svo hvernig getum við beitt plasma etsunaraðferðum við fjöldaframleiðslu í ljósi þessa galla?

 

 

1. Hlutfall (A/R)

 

Mynd 1. Hugtakið stærðarhlutfall og áhrif tækniframfara á það

 

Aspect Ratio er hlutfall láréttrar breiddar og lóðréttrar hæðar (þ.e. hæð deilt með breidd). Því minni sem mikilvæg vídd (CD) hringrásarinnar er, því stærra er stærðarhlutfallið. Það er að segja að miðað við stærðarhlutfallið 10 og breiddina 10nm, ætti hæð holunnar sem boruð er meðan á ætingarferlinu stendur að vera 100nm. Þess vegna, fyrir næstu kynslóðar vörur sem krefjast ofur-smæðingar (2D) eða hárþéttleika (3D), þarf afar há stærðarhlutföll til að tryggja að katjónir komist í gegnum botnfilmuna meðan á ætingu stendur.

 

Til að ná fram ofursmágræðslutækni með mikilvægri vídd minni en 10nm í 2D vörum, ætti þétta stærðarhlutfallsgildi dynamic random access memory (DRAM) að vera haldið yfir 100. Á sama hátt krefst 3D NAND flassminni einnig hærri stærðarhlutfallsgildi ​​til að stafla 256 lögum eða fleiri af frumutöflulögum. Jafnvel þótt skilyrði sem krafist er fyrir önnur ferli séu uppfyllt, er ekki hægt að framleiða nauðsynlegar vörur efætingarferlier ekki í samræmi við staðlaða. Þetta er ástæðan fyrir því að ætingartækni verður sífellt mikilvægari.

 

 

2. Yfirlit yfir plasma ætingu

 

Mynd 2. Ákvörðun plasmauppsprettugass í samræmi við filmugerð

 

Þegar hol pípa er notuð, því mjórra sem þvermál pípunnar er, því auðveldara er fyrir vökva að komast inn, sem er hið svokallaða háræðafyrirbæri. Hins vegar, ef bora á gat (lokaðan enda) á óvarða svæðið, verður inntak vökvans nokkuð erfitt. Þess vegna, þar sem mikilvæg stærð hringrásarinnar var 3um til 5um um miðjan áttunda áratuginn, þurrætinguhefur smám saman komið í stað blautætingar sem meginstraumsins. Það er, þó að það sé jónað, er auðveldara að komast í gegnum djúp holur vegna þess að rúmmál stakrar sameindar er minna en lífrænnar fjölliðalausnarsameindar.

Meðan á plasmaætingu stendur skal stilla innra hluta vinnsluhólfsins sem notað er við ætingu í lofttæmi áður en plasmauppspretta gasi sem hentar fyrir viðkomandi lag er sprautað inn. Við ætingu á föstu oxíðfilmum ætti að nota sterkari kolefnisflúoríð-undirstaða upprunalofttegunda. Fyrir tiltölulega veikar kísil- eða málmfilmur ætti að nota klór-undirstaða plasmauppsprettulofttegunda.

Svo, hvernig ætti að æta hliðarlagið og undirliggjandi kísildíoxíð (SiO2) einangrunarlagið?

Í fyrsta lagi, fyrir hliðarlagið, ætti að fjarlægja kísill með því að nota klór-undirstaða plasma (kísill + klór) með pólýkísil ætarval. Fyrir neðsta einangrunarlagið skal æta kísildíoxíðfilmuna í tveimur þrepum með því að nota kolflúoríð sem byggir á plasmauppsprettugasi (kísildíoxíð + koltetraflúoríð) með sterkari ætunarvalhæfni og skilvirkni.

 

 

3. Reactive ion etsing (RIE eða eðlisefnafræðilegt ets) ferli

 

Mynd 3. Kostir viðbragðsjónaætingar (anisotropy og hár etsunarhraði)

 

Plasma inniheldur bæði ísótrópískar sindurefna og anisotropic katjónir, svo hvernig framkvæmir það anisotropic ætingu?

Plasma þurræting er aðallega framkvæmt með viðbragðsjónaætingu (RIE, Reactive Ion Etching) eða forritum sem byggjast á þessari aðferð. Kjarninn í RIE-aðferðinni er að veikja bindikraftinn milli marksameinda í filmunni með því að ráðast á ætingarsvæðið með anisotropic katjónum. Veikta svæðið frásogast af sindurefnum, sameinað agnunum sem mynda lagið, umbreytt í gas (rokgjarnt efnasamband) og losað.

Þó sindurefna hafi samsætueiginleika, eru sameindir sem mynda botnflötinn (þar sem bindikraftur þeirra veikist vegna árásar katjóna) auðveldara að fanga sindurefna og breytast í ný efnasambönd en hliðarveggir með sterkan bindikraft. Þess vegna verður æting niður á við meginstrauminn. Fanguðu agnirnar verða að gasi með sindurefnum, sem frásogast og losnar af yfirborðinu undir áhrifum lofttæmis.

 

Á þessum tíma eru katjónirnar sem fást með eðlisfræðilegri virkni og sindurefna sem fást með efnafræðilegri virkni sameinuð fyrir eðlisfræðilega og efnafræðilega ætingu og ætingarhraði (Etch Rate, gráðu ætingar á tilteknu tímabili) er aukinn um 10 sinnum samanborið við katjónísk ætingu eða sindurefna ætingu eingöngu. Þessi aðferð getur ekki aðeins aukið ætingarhraða anisotropic ætingar niður á við, heldur einnig leyst vandamálið með fjölliðaleifum eftir ætingu. Þessi aðferð er kölluð reactive ion etsing (RIE). Lykillinn að velgengni RIE ætingar er að finna plasmauppspretta gas sem hentar til að æta filmuna. Athugið: Plasma æting er RIE æting og má líta á þetta tvennt sem sama hugtakið.

 

 

4. Etch Rate og Core Performance Index

 

Mynd 4. Core Etch Performance Index sem tengist Etch Rate

 

Etch rate vísar til dýpt kvikmyndarinnar sem búist er við að náist á einni mínútu. Svo hvað þýðir það að etshraði er mismunandi frá hluta til hluta á einni oblátu?

Þetta þýðir að æting dýpt er mismunandi frá hluta til hluta á oblátunni. Af þessum sökum er mjög mikilvægt að stilla endapunktinn (EOP) þar sem ætingu ætti að hætta með því að íhuga meðaltal ætingarhraða og ætingardýpt. Jafnvel þó að EOP sé stillt, þá eru samt nokkur svæði þar sem etsdýptin er dýpri (of-etsuð) eða grynnri (van-etched) en upphaflega var áætlað. Hins vegar veldur vanæting meiri skaða en ofæting við ætingu. Vegna þess að þegar um er að ræða undir-ætingu mun undir-æta hluti hindra síðari ferla eins og jónaígræðslu.

Á sama tíma er sértækni (mælt með ætingarhraða) lykilframmistöðuvísir fyrir ætingarferlið. Mælistaðallinn er byggður á samanburði á ætingarhraða grímulagsins (ljósviðnámsfilmu, oxíðfilmu, kísilnítríðfilmu osfrv.) og marklagsins. Þetta þýðir að því meiri sem sértæknin er, því hraðar er marklagið ætið. Því hærra sem smækkunarstigið er, því meiri er valmöguleikakrafan til að tryggja að fín mynstur sé fullkomlega sett fram. Þar sem ætingarstefnan er bein er sértækni katjónískrar ætingar lágt, en sértækni róttækrar ætingar er mikil, sem bætir sértækni RIE.

 

 

5. Ætingarferli

 

Mynd 5. Ætingarferli

 

Fyrst er skúffan sett í oxunarofn með hitastigi sem er haldið á milli 800 og 1000 ℃ og síðan myndast kísildíoxíð (SiO2) filma með mikla einangrunareiginleika á yfirborði skífunnar með þurru aðferð. Næst er útfellingarferlið farið í til að mynda kísillag eða leiðandi lag á oxíðfilmunni með efnagufuútfellingu (CVD)/eðlisfræðilegri gufuútfellingu (PVD). Ef kísillag myndast er hægt að framkvæma óhreinindadreifingarferli til að auka leiðni ef þörf krefur. Á meðan á dreifingarferli óhreininda stendur er mörgum óhreinindum oft bætt við ítrekað.

Á þessum tíma ætti að sameina einangrunarlagið og pólýkísillagið til ætingar. Í fyrsta lagi er photoresist notað. Í kjölfarið er gríma sett á ljósþolsfilmuna og blaut lýsing er framkvæmd með niðurdýfingu til að prenta æskilegt mynstur (ósýnilegt með berum augum) á ljósþolsfilmuna. Þegar útlínur mynstrsins koma í ljós við þróun, er ljósþolinn á ljósnæma svæðinu fjarlægður. Síðan er skúffan sem er unnin með ljósgreiningarferlinu flutt yfir í ætingarferlið fyrir þurrt ætingu.

Þurræting er aðallega framkvæmt með viðbragðsjónaætingu (RIE), þar sem æting er endurtekin aðallega með því að skipta um upprunagasið sem hentar hverri filmu. Bæði þurr æting og blaut æting miða að því að auka stærðarhlutfall (A/R gildi) ætingar. Að auki er nauðsynlegt að hreinsa reglulega til að fjarlægja fjölliðuna sem safnast fyrir neðst í holunni (bilið sem myndast við ætingu). Mikilvægur punktur er að allar breytur (svo sem efni, upprunagas, tími, form og röð) ættu að vera aðlöguð lífrænt til að tryggja að hreinsilausnin eða plasmauppspretta gas geti flætt niður í botn skurðarins. Smá breyting á breytu krefst endurútreiknings á öðrum breytum og er þetta endurútreikningsferli endurtekið þar til það uppfyllir tilgang hvers stigs. Nýlega hafa einatóm lög eins og atomic layer deposition (ALD) lög orðið þynnri og harðari. Þess vegna er ætingartækni að færast í átt að notkun lágs hitastigs og þrýstings. Ætsferlið miðar að því að stjórna mikilvægu víddinni (CD) til að framleiða fín mynstur og tryggja að komið sé í veg fyrir vandamál af völdum ætingarferlisins, sérstaklega vanætingu og vandamál sem tengjast því að fjarlægja leifar. Ofangreindar tvær greinar um ætingu miða að því að veita lesendum skilning á tilgangi ætingarferlisins, hindrunum fyrir því að ná ofangreindum markmiðum og frammistöðuvísum sem notaðir eru til að yfirstíga slíkar hindranir.