ნახევარგამტარული ნიმუშის პროცესის ნაკადი-ეჩირება

ადრეულმა სველმა გრავირებამ ხელი შეუწყო გაწმენდის ან ფერფლის პროცესების განვითარებას. დღეს, პლაზმის გამოყენებით მშრალი გრავირება გახდა მთავარიგრავირების პროცესი. პლაზმა შედგება ელექტრონების, კათიონებისა და რადიკალებისგან. პლაზმაზე გამოყენებული ენერგია იწვევს ნეიტრალურ მდგომარეობაში მყოფი წყაროს გაზის ყველაზე გარე ელექტრონების მოცილებას, რითაც ამ ელექტრონებს გარდაქმნის კატიონებად.

გარდა ამისა, მოლეკულებში არასრულყოფილი ატომები შეიძლება მოიხსნას ენერგიის გამოყენებით ელექტრონეიტრალური რადიკალების წარმოქმნით. მშრალი გრავირება იყენებს კატიონებს და რადიკალებს, რომლებიც ქმნიან პლაზმას, სადაც კათიონები ანიზოტროპულია (გამოიყენება გარკვეული მიმართულებით აკრავისთვის) და რადიკალები იზოტროპული (გამოიყენება ყველა მიმართულებით ოხრისთვის). რადიკალების რაოდენობა გაცილებით მეტია, ვიდრე კათიონების რაოდენობა. ამ შემთხვევაში, მშრალი გრავირება უნდა იყოს იზოტროპული, როგორც სველი გრავიტაცია.

თუმცა, ეს არის მშრალი ოქროვის ანიზოტროპული აკრავი, რაც შესაძლებელს ხდის ულტრა-მინიატურიზებულ სქემებს. რა არის ამის მიზეზი? გარდა ამისა, კათიონებისა და რადიკალების აკრეფის სიჩქარე ძალიან ნელია. მაშ, როგორ შეგვიძლია გამოვიყენოთ პლაზმური ოქროვის მეთოდები მასობრივ წარმოებაში ამ ნაკლოვანების ფონზე?

 

 

1. ასპექტის თანაფარდობა (A/R)

 

სურათი 1. ასპექტის თანაფარდობის კონცეფცია და მასზე ტექნოლოგიური პროგრესის გავლენა

 

ასპექტის თანაფარდობა არის ჰორიზონტალური სიგანის თანაფარდობა ვერტიკალურ სიმაღლესთან (ანუ სიმაღლე გაყოფილი სიგანეზე). რაც უფრო მცირეა მიკროსქემის კრიტიკული განზომილება (CD), მით უფრო დიდია ასპექტის თანაფარდობის მნიშვნელობა. ანუ, თუ ვივარაუდებთ ასპექტის თანაფარდობის მნიშვნელობას 10 და სიგანეს 10 ნმ-ს, ჭედვის პროცესში გაბურღული ხვრელის სიმაღლე უნდა იყოს 100 ნმ. ამიტომ, შემდეგი თაობის პროდუქტებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ ულტრა მინიატურიზაციას (2D) ან მაღალ სიმკვრივეს (3D), საჭიროა უკიდურესად მაღალი თანაფარდობის მნიშვნელობები, რათა უზრუნველყონ, რომ კათიონებს შეუძლიათ შეაღწიონ ქვედა გარსში აკრავის დროს.

 

ულტრა-მინიატურიზაციის ტექნოლოგიის მისაღწევად 10 ნმ-ზე ნაკლები კრიტიკული განზომილებით 2D პროდუქტებში, დინამიური შემთხვევითი წვდომის მეხსიერების (DRAM) ასპექტის თანაფარდობის მნიშვნელობა უნდა შენარჩუნდეს 100-ზე მეტი. ანალოგიურად, 3D NAND ფლეშ მეხსიერება ასევე მოითხოვს ასპექტის თანაფარდობის უფრო მაღალ მნიშვნელობებს. უჯრედების დაწყობის 256 ან მეტი ფენის დასაწყობად. სხვა პროცესებისთვის საჭირო პირობების დაკმაყოფილების შემთხვევაშიც კი, საჭირო პროდუქციის წარმოება შეუძლებელიაგრავირების პროცესიარ არის სტანდარტების შესაბამისი. სწორედ ამიტომ ხდება გრავირების ტექნოლოგია სულ უფრო მნიშვნელოვანი.

 

 

2. პლაზმური ოქროვის მიმოხილვა

 

სურათი 2. პლაზმური წყაროს გაზის განსაზღვრა ფირის ტიპის მიხედვით

 

როდესაც გამოიყენება ღრუ მილი, რაც უფრო ვიწროა მილის დიამეტრი, მით უფრო ადვილია სითხის შეღწევა, რაც არის ე.წ. კაპილარული ფენომენი. თუმცა, თუ ნახვრეტი (დახურული ბოლო) უნდა გაიბურღოს დაუცველ ადგილზე, სითხის შეყვანა საკმაოდ რთული ხდება. ამიტომ, ვინაიდან სქემის კრიტიკული ზომა იყო 3მმ-დან 5მმ-მდე 1970-იანი წლების შუა პერიოდში, მშრალიგრავირებათანდათანობით ჩაანაცვლა სველი ატრაქცია, როგორც ძირითადი. ანუ, მიუხედავად იმისა, რომ იონიზებულია, უფრო ადვილია ღრმა ხვრელებში შეღწევა, რადგან ერთი მოლეკულის მოცულობა უფრო მცირეა, ვიდრე ორგანული პოლიმერული ხსნარის მოლეკულა.

პლაზმური ჭურვის დროს, დასამუშავებელი კამერის შიდა ნაწილი, რომელიც გამოიყენება ოხრისთვის, უნდა იყოს მორგებული ვაკუუმურ მდგომარეობაში, ვიდრე შესაბამისი ფენისთვის შესაფერისი პლაზმური წყაროს გაზის შეყვანა. მყარი ოქსიდის ფირის ამოღებისას გამოყენებული უნდა იყოს უფრო ძლიერი ნახშირბადის ფტორზე დაფუძნებული წყაროს აირები. შედარებით სუსტი სილიციუმის ან ლითონის ფილმებისთვის უნდა იქნას გამოყენებული ქლორზე დაფუძნებული პლაზმური წყაროს გაზები.

მაშ, როგორ უნდა იყოს ამოტვიფრული კარიბჭის ფენა და სილიციუმის დიოქსიდის (SiO2) საიზოლაციო ფენა?

პირველ რიგში, კარიბჭის ფენისთვის, სილიციუმი უნდა მოიხსნას ქლორზე დაფუძნებული პლაზმის გამოყენებით (სილიციუმი + ქლორი) პოლისილიციუმის ოქროვის სელექციურობით. ქვედა საიზოლაციო ფენისთვის, სილიციუმის დიოქსიდის ფირი უნდა იყოს ამოტვიფრული ორ ეტაპად ნახშირბადის ფტორზე დაფუძნებული პლაზმური გაზის გამოყენებით (სილიციუმის დიოქსიდი + ნახშირორჟანგი + ნახშირბადის ტეტრაფტორიდი) უფრო ძლიერი გრავირების სელექციურობით და ეფექტურობით.

 

 

3. რეაქტიული იონური აკრავის (RIE ან ფიზიკოქიმიური ატრაქცია) პროცესი

 

ნახაზი 3. რეაქტიული იონების დამუშავების უპირატესობები (ანიზოტროპია და ატვირთვის მაღალი სიჩქარე)

 

პლაზმა შეიცავს როგორც იზოტროპულ თავისუფალ რადიკალებს, ასევე ანიზოტროპულ კატიონებს, ასე რომ, როგორ ახორციელებს იგი ანიზოტროპულ ოფლირებას?

პლაზმური მშრალი გრავირება ძირითადად ხორციელდება რეაქტიული იონური ოქროვით (RIE, Reactive Ion Etching) ან ამ მეთოდით დაფუძნებული აპლიკაციებით. RIE მეთოდის ბირთვი არის ფირის სამიზნე მოლეკულებს შორის შემაკავშირებელი ძალის შესუსტება ანიზოტროპული კათიონებით დარტყმის არეზე თავდასხმით. დასუსტებული ტერიტორია შეიწოვება თავისუფალი რადიკალების მიერ, გაერთიანებულია ნაწილაკებთან, რომლებიც ქმნიან ფენას, გარდაიქმნება გაზად (არასტაბილურ ნაერთად) და გამოიყოფა.

მიუხედავად იმისა, რომ თავისუფალ რადიკალებს აქვთ იზოტროპული მახასიათებლები, მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან ქვედა ზედაპირს (რომელთა შემაკავშირებელი ძალა სუსტდება კათიონების შეტევით) უფრო ადვილად იპყრობს თავისუფალ რადიკალებს და გარდაიქმნება ახალ ნაერთებად, ვიდრე გვერდითი კედლები ძლიერი შემაკავშირებელი ძალით. აქედან გამომდინარე, დაღმავალი გრავირება ხდება მთავარი. დატყვევებული ნაწილაკები იქცევა გაზად თავისუფალი რადიკალებით, რომლებიც დეზორბირდება და იხსნება ზედაპირიდან ვაკუუმის მოქმედებით.

 

ამ დროს ფიზიკური მოქმედებით მიღებული კათიონები და ქიმიური მოქმედებით მიღებული თავისუფალი რადიკალები ერთიანდება ფიზიკურ და ქიმიურ გრავირებაზე, ხოლო ღრმავების სიჩქარე (Etch Rate, ჭურვის ხარისხი დროის გარკვეულ მონაკვეთში) იზრდება 10-ჯერ. კათიონური ოქროვის ან მარტო თავისუფალი რადიკალების ოქროვის შემთხვევასთან შედარებით. ამ მეთოდს შეუძლია არა მხოლოდ გაზარდოს ანიზოტროპული დაღმავალი ატრაქტის ატვირთვის სიჩქარე, არამედ მოაგვაროს პოლიმერული ნარჩენების პრობლემა ამოღების შემდეგ. ამ მეთოდს ეწოდება რეაქტიული იონური გრავირება (RIE). RIE ოქროვის წარმატების გასაღები არის პლაზმური წყაროს გაზის პოვნა, რომელიც შესაფერისია ფილმის ამოსაჭრელად. შენიშვნა: პლაზმური ოქროვი არის RIE ოქროვი და ეს ორი შეიძლება ჩაითვალოს ერთსა და იმავე კონცეფციად.

 

 

4. Etch Rate და Core Performance Index

 

სურათი 4. ძირითადი Etch Performance Index დაკავშირებული Etch Rate-თან

 

Etch rate ეხება ფილმის სიღრმეს, რომლის მიღწევაც მოსალოდნელია ერთ წუთში. მაშ, რას ნიშნავს, რომ დახრის სიჩქარე მერყეობს ნაწილიდან ნაწილამდე ერთ ვაფლზე?

ეს ნიშნავს, რომ ვაფლის ნაწილიდან ნაწილის სიღრმე იცვლება. ამ მიზეზით, ძალიან მნიშვნელოვანია დაყენდეს საბოლოო წერტილი (EOP), სადაც უნდა შეწყდეს ოქროვი, საშუალო ოქროვის სიჩქარის და ატვირთვის სიღრმის გათვალისწინებით. მაშინაც კი, თუ EOP დაყენებულია, ჯერ კიდევ არის რამდენიმე ზონა, სადაც ღრძილების სიღრმე უფრო ღრმაა (ზედმეტად დახატული) ან უფრო არაღრმა (დაქვეითებული) ვიდრე თავდაპირველად იყო დაგეგმილი. თუმცა, დაქვეითება უფრო მეტ ზიანს აყენებს, ვიდრე ზედმეტად აკრავის დროს. იმის გამო, რომ დაქვეითების შემთხვევაში, დახრილი ნაწილი ხელს უშლის შემდგომ პროცესებს, როგორიცაა იონის იმპლანტაცია.

იმავდროულად, სელექციურობა (იზომება ჭურვის სიჩქარით) არის ოქროვის პროცესის შესრულების ძირითადი მაჩვენებელი. გაზომვის სტანდარტი ეფუძნება ნიღბის ფენის (ფოტორეზისტული ფილმი, ოქსიდის ფირი, სილიციუმის ნიტრიდის ფირი და ა.შ.) და სამიზნე ფენის დამუშავების სიჩქარის შედარებას. ეს ნიშნავს, რომ რაც უფრო მაღალია სელექციურობა, მით უფრო სწრაფად იჭრება სამიზნე ფენა. რაც უფრო მაღალია მინიატურიზაციის დონე, მით უფრო მაღალია სელექციურობის მოთხოვნა იმის უზრუნველსაყოფად, რომ მშვენიერი შაბლონები სრულყოფილად იყოს წარმოდგენილი. ვინაიდან გრავირების მიმართულება სწორია, კათიონური ოქროვის სელექციურობა დაბალია, ხოლო რადიკალური ოქროვის სელექციურობა მაღალია, რაც აუმჯობესებს RIE-ს სელექციურობას.

 

 

5. ჭურვის პროცესი

 

ნახაზი 5. ჭურვის პროცესი

 

ჯერ ვაფლი მოთავსებულია ჟანგვის ღუმელში, რომლის ტემპერატურა შენარჩუნებულია 800-დან 1000℃-მდე, შემდეგ კი ვაფლის ზედაპირზე მშრალი მეთოდით წარმოიქმნება სილიციუმის დიოქსიდის (SiO2) ფილმი მაღალი საიზოლაციო თვისებებით. შემდეგ, დეპონირების პროცესში შედის სილიციუმის ფენის ან გამტარი ფენის ფორმირება ოქსიდის ფილაზე ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD)/ფიზიკური ორთქლის დეპონირების (PVD) გზით. თუ წარმოიქმნება სილიკონის ფენა, შეიძლება ჩატარდეს მინარევების დიფუზიის პროცესი საჭიროების შემთხვევაში გამტარობის გაზრდის მიზნით. მინარევების დიფუზიის პროცესის დროს, მრავლობითი მინარევები ხშირად არაერთხელ ემატება.

ამ დროს, საიზოლაციო ფენა და პოლისილიკონის ფენა უნდა იყოს შერწყმული ოქროდისთვის. პირველ რიგში, გამოიყენება ფოტორეზისტი. ამის შემდეგ, ნიღაბი იდება ფოტორეზისტულ ფილაზე და სველი ექსპოზიცია ხორციელდება ჩაძირვით, რათა მოხდეს სასურველი ნიმუში (შეიარაღებელი თვალით უხილავი) ფოტორეზისტულ ფილაზე. როდესაც ნიმუშის მონახაზი ვლინდება განვითარების გზით, ფოტორეზისტი ფოტომგრძნობიარე ზონაში ამოღებულია. შემდეგ, ფოტოლითოგრაფიის პროცესით დამუშავებული ვაფლი გადადის ოქროვის პროცესზე მშრალი ამოღების მიზნით.

მშრალი გრავირება ძირითადად ხორციელდება რეაქტიული იონური ოქროვით (RIE), რომლის დროსაც გრავირება მეორდება ძირითადად თითოეული ფილმისთვის შესაფერისი წყაროს გაზის შეცვლით. როგორც მშრალი, ასევე სველი ატრაქცია მიზნად ისახავს გაზარდოს ასპექტის თანაფარდობა (A/R მნიშვნელობა) ოქროვით. გარდა ამისა, საჭიროა რეგულარული გაწმენდა ხვრელის ფსკერზე დაგროვილი პოლიმერის მოსაშორებლად (ღრძილის ჩამოყალიბება). მნიშვნელოვანი ისაა, რომ ყველა ცვლადი (როგორიცაა მასალები, წყაროს გაზი, დრო, ფორმა და თანმიმდევრობა) ორგანულად უნდა იყოს მორგებული, რათა უზრუნველყოს, რომ გამწმენდი ხსნარი ან პლაზმური წყაროს გაზი მიედინება თხრილის ძირში. ცვლადის უმნიშვნელო ცვლილება მოითხოვს სხვა ცვლადების ხელახლა გამოთვლას და ეს ხელახალი გაანგარიშების პროცესი მეორდება მანამ, სანამ არ დააკმაყოფილებს თითოეული ეტაპის მიზანს. ბოლო დროს, მონოატომური ფენები, როგორიცაა ატომური შრის დეპონირების ფენები (ALD) უფრო თხელი და რთული გახდა. აქედან გამომდინარე, ოქროვის ტექნოლოგია მიდის დაბალი ტემპერატურისა და წნევის გამოყენებისკენ. ოქროვის პროცესი მიზნად ისახავს კრიტიკული განზომილების (CD) კონტროლს, რათა წარმოქმნას მშვენიერი შაბლონები და უზრუნველყოს, რომ თავიდან იქნას აცილებული ოქროვის პროცესით გამოწვეული პრობლემები, განსაკუთრებით დაქვეითება და ნარჩენების მოცილებასთან დაკავშირებული პრობლემები. ზემოაღნიშნული ორი სტატია ოქროვის შესახებ მიზნად ისახავს მკითხველს გააცნობიეროს ოქროვის პროცესის მიზანი, ზემოაღნიშნული მიზნების მიღწევის დაბრკოლებები და ასეთი დაბრკოლებების დასაძლევად გამოყენებული შესრულების ინდიკატორები.