ការជូតសើមនៅដំណាក់កាលដំបូងបានជំរុញឱ្យមានការអភិវឌ្ឍនៃដំណើរការសម្អាត ឬការសម្អាតផេះ។ សព្វថ្ងៃនេះ ការឆ្លាក់ស្ងួតដោយប្រើប្លាស្មាបានក្លាយជារឿងសំខាន់ដំណើរការ etching. ប្លាស្មាមានអេឡិចត្រុង ស៊ីអ៊ីត និងរ៉ាឌីកាល់។ ថាមពលដែលបានអនុវត្តទៅប្លាស្មាបណ្តាលឱ្យអេឡិចត្រុងខាងក្រៅនៃឧស្ម័នប្រភពក្នុងស្ថានភាពអព្យាក្រឹតមួយត្រូវបានដកចេញ ដោយហេតុនេះបំលែងអេឡិចត្រុងទាំងនេះទៅជា cations ។
លើសពីនេះ អាតូមមិនល្អឥតខ្ចោះនៅក្នុងម៉ូលេគុលអាចត្រូវបានដកចេញដោយការប្រើប្រាស់ថាមពលដើម្បីបង្កើតជារ៉ាឌីកាល់អព្យាក្រឹតអគ្គិសនី។ ការឆ្លាក់ស្ងួតប្រើ cations និងរ៉ាឌីកាល់ដែលបង្កើតជាប្លាស្មា ដែល cations គឺ anisotropic (សមរម្យសម្រាប់ការ etching ក្នុងទិសដៅជាក់លាក់មួយ) និង radicals isotropic (សមរម្យសម្រាប់ការ etching នៅគ្រប់ទិសដៅ) ។ ចំនួនរ៉ាឌីកាល់គឺធំជាងចំនួន cations ។ ក្នុងករណីនេះ ការឆ្លាក់ស្ងួតគួរតែមានលក្ខណៈអ៊ីសូត្រូពិក ដូចជាការឆ្លាក់សើម។
ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយវាគឺជា anisotropic etching នៃ etching ស្ងួតដែលធ្វើឱ្យសៀគ្វី ultra-miniaturized អាចធ្វើទៅបាន។ តើអ្វីទៅជាហេតុផលសម្រាប់ការនេះ? លើសពីនេះ ល្បឿន etching នៃ cations និង radicals គឺយឺតណាស់។ ដូច្នេះ តើយើងអាចអនុវត្តវិធីសាស្ត្រឆ្លាក់ប្លាស្មាទៅនឹងការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំដោយរបៀបណាដើម្បីប្រឈមមុខនឹងការខ្វះខាតនេះ?
1. សមាមាត្រ (A/R)
រូបភាពទី 1. គំនិតនៃសមាមាត្រនិងផលប៉ះពាល់នៃវឌ្ឍនភាពបច្ចេកវិទ្យានៅលើវា។
Aspect Ratio គឺជាសមាមាត្រនៃទទឹងផ្ដេកទៅនឹងកម្ពស់បញ្ឈរ (ពោលគឺកម្ពស់ចែកនឹងទទឹង)។ វិមាត្រសំខាន់ (ស៊ីឌី) តូចជាងនៃសៀគ្វី តម្លៃសមាមាត្រកាន់តែធំ។ នោះគឺសន្មតថាតម្លៃសមាមាត្រនៃ 10 និងទទឹង 10nm កម្ពស់នៃរន្ធដែលបានខួងក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ etching គួរតែមាន 100nm ។ ដូច្នេះហើយ សម្រាប់ផលិតផលជំនាន់ក្រោយដែលតម្រូវឱ្យមាន ultra-miniaturization (2D) ឬដង់ស៊ីតេខ្ពស់ (3D) តម្លៃសមាមាត្រខ្ពស់ខ្លាំងគឺត្រូវបានទាមទារ ដើម្បីធានាថា cations អាចជ្រាបចូលទៅក្នុងខ្សែភាពយន្តខាងក្រោមកំឡុងពេលឆ្លាក់។
ដើម្បីសម្រេចបាននូវបច្ចេកវិទ្យា ultra-miniaturization ជាមួយនឹងវិមាត្រសំខាន់តិចជាង 10nm នៅក្នុងផលិតផល 2D តម្លៃសមាមាត្រ capacitor aspect ratio នៃ dynamic random access memory (DRAM) គួរតែត្រូវបានរក្សាលើសពី 100។ ដូចគ្នានេះដែរ អង្គចងចាំពន្លឺ 3D NAND ក៏ទាមទារតម្លៃសមាមាត្រខ្ពស់ជាងមុនផងដែរ។ ដើម្បីជង់ 256 ស្រទាប់ ឬច្រើននៃស្រទាប់ជង់ក្រឡា។ ទោះបីជាលក្ខខណ្ឌតម្រូវសម្រាប់ដំណើរការផ្សេងទៀតត្រូវបានបំពេញក៏ដោយ ក៏ផលិតផលដែលត្រូវការមិនអាចផលិតបានប្រសិនបើដំណើរការ etchingមិនឡើងតាមស្តង់ដារ។ នេះជាមូលហេតុដែលបច្ចេកវិទ្យា etching កាន់តែមានសារៈសំខាន់។
2. ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃការ etching ប្លាស្មា
រូបភាពទី 2. ការកំណត់ប្រភពឧស្ម័នប្លាស្មាតាមប្រភេទខ្សែភាពយន្ត
នៅពេលប្រើបំពង់ប្រហោង អង្កត់ផ្ចិតបំពង់កាន់តែតូច វាកាន់តែងាយស្រួលសម្រាប់រាវចូល ដែលហៅថាបាតុភូត capillary ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយប្រសិនបើរន្ធមួយ (ចុងបិទ) នឹងត្រូវបានខួងនៅក្នុងតំបន់ដែលប៉ះពាល់នោះការបញ្ចូលអង្គធាតុរាវនឹងពិបាកណាស់។ ដូច្នេះចាប់តាំងពីទំហំសំខាន់នៃសៀគ្វីគឺ 3um ទៅ 5um នៅពាក់កណ្តាលទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970 ស្ងួត។etchingបានជំនួសការ etching សើមជាលំដាប់។ នោះគឺទោះបីជា ionized ក៏ដោយ វាកាន់តែងាយស្រួលក្នុងការជ្រាបចូលទៅក្នុងរន្ធជ្រៅ ដោយសារតែបរិមាណនៃម៉ូលេគុលតែមួយគឺតូចជាងម៉ូលេគុលដំណោះស្រាយវត្ថុធាតុ polymer ។
ក្នុងអំឡុងពេល etching ប្លាស្មា ផ្នែកខាងក្នុងនៃអង្គជំនុំជម្រះដំណើរការដែលប្រើសម្រាប់ etching គួរតែត្រូវបានកែតម្រូវទៅស្ថានភាពខ្វះចន្លោះ មុនពេលចាក់បញ្ចូលឧស្ម័នប្រភពប្លាស្មាដែលសមរម្យសម្រាប់ស្រទាប់ដែលពាក់ព័ន្ធ។ នៅពេលឆ្លាក់ខ្សែភាពយន្តអុកស៊ីដរឹង ឧស្ម័នប្រភពដែលមានមូលដ្ឋានលើកាបូនហ្វ្លុយអូរីខ្លាំងជាងគួរតែត្រូវបានប្រើ។ សម្រាប់ខ្សែភាពយន្តស៊ីលីកូន ឬលោហៈខ្សោយ ឧស្ម័នប្រភពប្លាស្មាដែលមានក្លរីនគួរត្រូវបានប្រើ។
ដូច្នេះ តើស្រទាប់ច្រកទ្វារ និងស្រទាប់អ៊ីសូឡង់ស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត (SiO2) គួរតែត្រូវបានឆ្លាក់ដោយរបៀបណា?
ជាដំបូង សម្រាប់ស្រទាប់ច្រកទ្វារ ស៊ីលីកុនគួរតែត្រូវបានយកចេញដោយប្រើប្លាស្មាដែលមានមូលដ្ឋានលើក្លរីន (ស៊ីលីកុន + ក្លរីន) ជាមួយនឹងការជ្រើសរើសប៉ូលីស៊ីលីកុន។ សម្រាប់ស្រទាប់អ៊ីសូឡង់ខាងក្រោម ខ្សែភាពយន្តស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីតគួរតែត្រូវបានឆ្លាក់ជាពីរជំហាន ដោយប្រើឧស្ម័នប្រភពប្លាស្មាដែលមានមូលដ្ឋានលើកាបូនហ្វ្លុយអូរី (ស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត + កាបូនតេត្រាហ្វ្លុយអូរី) ជាមួយនឹងជម្រើស និងប្រសិទ្ធភាពនៃការឆ្លាក់ខ្លាំងជាងមុន។
3. ដំណើរការ etching អ៊ីយ៉ុងប្រតិកម្ម (RIE ឬ physicochemical etching)
រូបភាពទី 3. អត្ថប្រយោជន៍នៃការ etching អ៊ីយ៉ុងប្រតិកម្ម (anisotropy និងអត្រា etching ខ្ពស់)
ប្លាស្មាមានទាំងរ៉ាឌីកាល់សេរី isotropic និង cations anisotropic ដូច្នេះតើវាអនុវត្តការឆ្លាក់ anisotropic យ៉ាងដូចម្តេច?
ការឆ្លាក់ស្ងួតប្លាស្មាត្រូវបានអនុវត្តជាចម្បងដោយការឆ្លាក់អ៊ីយ៉ុងប្រតិកម្ម (RIE, Reactive Ion Etching) ឬកម្មវិធីដោយផ្អែកលើវិធីសាស្ត្រនេះ។ ស្នូលនៃវិធីសាស្ត្រ RIE គឺធ្វើឱ្យកម្លាំងភ្ជាប់រវាងម៉ូលេគុលគោលដៅនៅក្នុងខ្សែភាពយន្តចុះខ្សោយ ដោយវាយលុកតំបន់ឆ្លាក់ដោយសារធាតុ anisotropic ។ តំបន់ខ្សោយត្រូវបានស្រូបយកដោយរ៉ាឌីកាល់សេរី រួមផ្សំជាមួយនឹងភាគល្អិតដែលបង្កើតជាស្រទាប់ បំប្លែងទៅជាឧស្ម័ន (សមាសធាតុងាយនឹងបង្កជាហេតុ) និងបញ្ចេញ។
ទោះបីជារ៉ាឌីកាល់សេរីមានលក្ខណៈ isotropic ក៏ដោយ ម៉ូលេគុលដែលបង្កើតផ្ទៃខាងក្រោម (ដែលកម្លាំងចងត្រូវបានចុះខ្សោយដោយសារការវាយប្រហារនៃ cations) ត្រូវបានចាប់បានយ៉ាងងាយស្រួលដោយរ៉ាឌីកាល់សេរី ហើយបំប្លែងទៅជាសមាសធាតុថ្មីជាងជញ្ជាំងចំហៀងដែលមានកម្លាំងចងខ្លាំង។ ដូច្នេះការឆ្លាក់ចុះក្រោមក្លាយជាចរន្តសំខាន់។ ភាគល្អិតដែលចាប់យកបានក្លាយទៅជាឧស្ម័នជាមួយនឹងរ៉ាឌីកាល់សេរី ដែលត្រូវបាន desorbed និងបញ្ចេញចេញពីផ្ទៃក្រោមសកម្មភាពនៃកន្លែងទំនេរ។
នៅពេលនេះ cations ដែលទទួលបានដោយសកម្មភាពរាងកាយ និងរ៉ាឌីកាល់សេរីដែលទទួលបានដោយសកម្មភាពគីមីត្រូវបានបញ្ចូលគ្នាសម្រាប់ការឆ្លាក់រូបរាងកាយ និងគីមី ហើយអត្រានៃការឆ្កូត (Etch Rate, កម្រិតនៃការឆ្លាក់ក្នុងរយៈពេលជាក់លាក់មួយ) ត្រូវបានកើនឡើង 10 ដង។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងករណីនៃការ etching cationic ឬ free radical etching តែម្នាក់ឯង។ វិធីសាស្រ្តនេះមិនត្រឹមតែអាចបង្កើនអត្រា etching នៃ anisotropic downward etching ប៉ុណ្ណោះទេប៉ុន្តែថែមទាំងដោះស្រាយបញ្ហានៃសំណល់វត្ថុធាតុ polymer បន្ទាប់ពី etching ។ វិធីសាស្រ្តនេះត្រូវបានគេហៅថា reactive ion etching (RIE)។ គន្លឹះនៃភាពជោគជ័យនៃការឆ្លាក់ RIE គឺត្រូវស្វែងរកប្រភពឧស្ម័នប្លាស្មាដែលសមរម្យសម្រាប់ការឆ្លាក់ខ្សែភាពយន្ត។ ចំណាំ៖ ការឆ្លាក់ប្លាស្មាគឺជាការឆ្លាក់ RIE ហើយទាំងពីរនេះអាចចាត់ទុកថាជាគោលគំនិតដូចគ្នា។
4. អត្រា Ech និងសន្ទស្សន៍ដំណើរការស្នូល
រូបភាពទី 4. Core Etch Performance Index ទាក់ទងនឹងអត្រា Etch
អត្រាឆ្លាក់សំដៅទៅលើជម្រៅនៃខ្សែភាពយន្តដែលរំពឹងថានឹងទៅដល់ក្នុងរយៈពេលមួយនាទី។ ដូច្នេះតើវាមានន័យយ៉ាងណាដែលថាអត្រាឆ្លាក់ខុសគ្នាពីផ្នែកមួយទៅផ្នែកមួយនៅលើ wafer មួយ?
នេះមានន័យថាជម្រៅ etch ប្រែប្រួលពីផ្នែកមួយទៅផ្នែកមួយនៅលើ wafer ។ សម្រាប់ហេតុផលនេះ វាមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ក្នុងការកំណត់ចំណុចបញ្ចប់ (EOP) ដែលការឆ្លាក់គួរតែបញ្ឈប់ដោយពិចារណាលើអត្រាឆ្លាក់ជាមធ្យម និងជម្រៅនៃការឆ្លាក់។ ទោះបីជា EOP ត្រូវបានកំណត់ក៏ដោយ ក៏នៅតែមានតំបន់មួយចំនួនដែលជម្រៅនៃការឆ្លាក់គឺជ្រៅជាង (ឆ្លាក់) ឬរាក់ជាង (មិនទាន់ឆ្លាក់) ជាងការគ្រោងទុកដំបូង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការឆ្លាក់ក្រោម បណ្តាលឱ្យមានការខូចខាតច្រើនជាងការឆ្លាក់ច្រើនពេកអំឡុងពេល etching ។ ដោយសារតែនៅក្នុងករណីនៃការ etching នៅក្រោម, ផ្នែក under-etched នឹងរារាំងដំណើរការជាបន្តបន្ទាប់ដូចជា implantation អ៊ីយ៉ុង។
ទន្ទឹមនឹងនេះ ការជ្រើសរើស (វាស់ដោយអត្រា etch) គឺជាសូចនាករដំណើរការសំខាន់នៃដំណើរការឆ្លាក់។ ស្តង់ដាររង្វាស់គឺផ្អែកលើការប្រៀបធៀបអត្រា etch នៃស្រទាប់របាំង (ខ្សែភាពយន្ត photoresist ខ្សែភាពយន្តអុកស៊ីដ ខ្សែភាពយន្ត silicon nitride ជាដើម) និងស្រទាប់គោលដៅ។ នេះមានន័យថា ការជ្រើសរើសកាន់តែខ្ពស់ ស្រទាប់គោលដៅត្រូវបានគូសកាន់តែលឿន។ កម្រិតនៃភាពតូចតាចកាន់តែខ្ពស់ តម្រូវការជ្រើសរើសកាន់តែខ្ពស់គឺដើម្បីធានាថាគំរូដ៏ល្អអាចត្រូវបានបង្ហាញយ៉ាងល្អឥតខ្ចោះ។ ដោយសារទិសដៅនៃការឆ្លាក់គឺត្រង់ ការជ្រើសរើសនៃការ etching cationic មានកម្រិតទាប ខណៈពេលដែលការជ្រើសរើសនៃការ etching រ៉ាឌីកាល់គឺខ្ពស់ ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវការជ្រើសរើស RIE ។
5. ដំណើរការឆ្លាក់
រូបភាពទី 5. ដំណើរការឆ្លាក់
ដំបូង wafer ត្រូវបានដាក់ក្នុងឡដុតអុកស៊ីតកម្មដែលមានសីតុណ្ហភាពរក្សាពី 800 ទៅ 1000 ℃ ហើយបន្ទាប់មកខ្សែភាពយន្តស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត (SiO2) ដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិអ៊ីសូឡង់ខ្ពស់ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើផ្ទៃនៃ wafer ដោយវិធីសាស្រ្តស្ងួត។ បន្ទាប់មក ដំណើរការនៃការដាក់បញ្ចូលទៅក្នុងស្រទាប់ស៊ីលីកុន ឬស្រទាប់ចំហាយនៅលើហ្វីលអុកស៊ីតដោយការបំភាយចំហាយគីមី (CVD)/ការទម្លាក់ចំហាយរូបវិទ្យា (PVD)។ ប្រសិនបើស្រទាប់ស៊ីលីកុនត្រូវបានបង្កើតឡើង ដំណើរការសាយភាយមិនបរិសុទ្ធអាចត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីបង្កើនចរន្តអគ្គិសនីប្រសិនបើចាំបាច់។ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការសាយភាយមិនបរិសុទ្ធ ភាពមិនបរិសុទ្ធជាច្រើនត្រូវបានបន្ថែមម្តងហើយម្តងទៀត។
នៅពេលនេះ ស្រទាប់អ៊ីសូឡង់ និងស្រទាប់ប៉ូលីស៊ីលីកុន គួរតែត្រូវបានបញ្ចូលគ្នាសម្រាប់ការ etching ។ ទីមួយ photoresist ត្រូវបានប្រើ។ បនា្ទាប់មករបាំងមួយត្រូវបានដាក់នៅលើខ្សែភាពយន្ត photoresist ហើយការប៉ះពាល់នឹងសើមត្រូវបានអនុវត្តដោយការពន្លិចដើម្បីបោះពុម្ពលំនាំដែលចង់បាន (មើលមិនឃើញដោយភ្នែកទទេ) នៅលើខ្សែភាពយន្ត photoresist ។ នៅពេលដែលគ្រោងលំនាំត្រូវបានបង្ហាញដោយការអភិវឌ្ឍន៍ សារធាតុ photoresist នៅក្នុងតំបន់ដែលងាយនឹងបញ្ចេញពន្លឺត្រូវបានដកចេញ។ បន្ទាប់មក wafer ដែលដំណើរការដោយដំណើរការ photolithography ត្រូវបានផ្ទេរទៅដំណើរការ etching សម្រាប់ etching ស្ងួត។
ការឆ្លាក់ស្ងួតត្រូវបានអនុវត្តជាចម្បងដោយការ etching អ៊ីយ៉ុងប្រតិកម្ម (RIE) ដែលការឆ្លាក់ត្រូវបានធ្វើម្តងទៀតជាចម្បងដោយការជំនួសឧស្ម័នប្រភពដែលសមរម្យសម្រាប់ខ្សែភាពយន្តនីមួយៗ។ ទាំងការឆ្លាក់ស្ងួត និងឆ្លាក់សើម មានគោលបំណងបង្កើនសមាមាត្រទិដ្ឋភាព (តម្លៃ A/R) នៃការឆ្លាក់។ លើសពីនេះទៀតការសម្អាតជាទៀងទាត់គឺត្រូវបានទាមទារដើម្បីយកវត្ថុធាតុ polymer ដែលកកកុញនៅផ្នែកខាងក្រោមនៃរន្ធ (គម្លាតដែលបង្កើតឡើងដោយការ etching) ។ ចំណុចសំខាន់គឺថាអថេរទាំងអស់ (ដូចជា វត្ថុធាតុដើម ឧស្ម័នប្រភព ពេលវេលា ទម្រង់ និងលំដាប់) គួរតែត្រូវបានកែតម្រូវតាមលក្ខណៈសរីរាង្គ ដើម្បីធានាថាដំណោះស្រាយសម្អាត ឬឧស្ម័នប្រភពប្លាស្មាអាចហូរចុះទៅបាតនៃលេណដ្ឋាន។ ការផ្លាស់ប្តូរបន្តិចបន្តួចនៅក្នុងអថេរតម្រូវឱ្យមានការគណនាឡើងវិញនៃអថេរផ្សេងទៀត ហើយដំណើរការគណនាឡើងវិញនេះត្រូវបានធ្វើម្តងទៀតរហូតដល់វាបំពេញគោលបំណងនៃដំណាក់កាលនីមួយៗ។ ថ្មីៗនេះ ស្រទាប់ monoatomic ដូចជា ស្រទាប់ស្រទាប់អាតូមិក (ALD) កាន់តែស្តើង និងរឹងជាងមុន។ ដូច្នេះបច្ចេកវិទ្យា etching កំពុងឆ្ពោះទៅរកការប្រើប្រាស់សីតុណ្ហភាពទាប និងសម្ពាធ។ ដំណើរការនៃការ etching មានគោលបំណងដើម្បីគ្រប់គ្រងវិមាត្រសំខាន់ (CD) ដើម្បីបង្កើតលំនាំដ៏ល្អ និងធានាថាបញ្ហាដែលបណ្តាលមកពីដំណើរការ etching ត្រូវបានជៀសវាង ជាពិសេសការឆ្លាក់ក្រោម និងបញ្ហាដែលទាក់ទងនឹងការដកសំណល់ចេញ។ អត្ថបទទាំងពីរខាងលើស្តីពីការឆ្លាក់រូបមានគោលបំណងផ្តល់ឱ្យអ្នកអាននូវការយល់ដឹងអំពីគោលបំណងនៃដំណើរការឆ្លាក់ ឧបសគ្គក្នុងការសម្រេចបាននូវគោលដៅខាងលើ និងសូចនាករការអនុវត្តដែលបានប្រើដើម្បីជំនះឧបសគ្គទាំងនោះ។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ខែកញ្ញា-១០-២០២៤