Эрт нойтон сийлбэр нь цэвэрлэх эсвэл үнслэх процессыг хөгжүүлэхэд түлхэц болсон. Өнөөдөр плазмыг ашиглан хуурай сийлбэр хийх нь түгээмэл болсонсийлбэрлэх үйл явц. Плазм нь электрон, катион, радикалуудаас бүрдэнэ. Плазмд хэрэглэсэн энерги нь саармаг төлөвт байгаа эх үүсвэрийн хийн хамгийн гадна талын электронуудыг салгаж, улмаар эдгээр электронуудыг катион болгон хувиргахад хүргэдэг.
Нэмж дурдахад, молекул дахь төгс бус атомуудыг энерги зарцуулснаар цахилгаан саармаг радикалуудыг үүсгэж болно. Хуурай сийлбэр нь плазмыг бүрдүүлдэг катион ба радикалуудыг ашигладаг бөгөөд катионууд нь анизотроп (тодорхой чиглэлд сийлбэр хийхэд тохиромжтой), радикалууд нь изотроп (бүх чиглэлд сийлбэр хийхэд тохиромжтой) байдаг. Радикалуудын тоо катионуудын тооноос хамаагүй их байдаг. Энэ тохиолдолд хуурай сийлбэр нь нойтон сийлбэртэй адил изотроп байх ёстой.
Гэсэн хэдий ч хуурай сийлбэрийн анизотроп сийлбэр нь хэт жижигрүүлсэн хэлхээг хийх боломжтой болгодог. Үүний шалтгаан юу вэ? Үүнээс гадна катион ба радикалуудын сийлбэрийн хурд маш удаан байдаг. Тэгвэл энэ дутагдалтай үед бид плазмын сийлбэрийн аргыг хэрхэн масс үйлдвэрлэлд ашиглах вэ?
1. Харьцаа (A/R)
Зураг 1. Харьцааны тухай ойлголт, түүнд үзүүлэх технологийн дэвшлийн нөлөө
Aspect Ratio нь хэвтээ өргөнийг босоо өндөрт (өөрөөр хэлбэл өндрийг өргөнөөр хуваасан) харьцаа юм. Хэлхээний эгзэгтэй хэмжээс (CD) бага байх тусам харьцааны утга их байх болно. Өөрөөр хэлбэл, 10 нм өргөн, 10 нм-ийн харьцаатай гэж үзвэл сийлбэр хийх явцад өрөмдсөн нүхний өндөр нь 100 нм байх ёстой. Тиймээс хэт жижигрүүлэх (2D) эсвэл өндөр нягтрал (3D) шаарддаг дараагийн үеийн бүтээгдэхүүний хувьд сийлбэр хийх явцад катионууд ёроолын хальс руу нэвтэрч чаддаг байхын тулд хэт өндөр харьцаатай байх шаардлагатай.
2D бүтээгдэхүүнд 10нм-ээс бага эгзэгтэй хэмжээс бүхий хэт жижигрүүлэх технологид хүрэхийн тулд динамик санамсаргүй хандалтын санах ойн (DRAM) конденсаторын харьцааны утгыг 100-аас дээш байлгах ёстой. Үүний нэгэн адил 3D NAND флаш санах ой нь илүү өндөр харьцааны утгыг шаарддаг. 256 давхар буюу түүнээс дээш эсийн давхаргын давхаргыг овоолох. Бусад процесст шаардагдах нөхцөл хангагдсан байсан ч шаардлагатай бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэх боломжгүйсийлбэрлэх үйл явцстандартад нийцэхгүй байна. Ийм учраас сийлбэр хийх технологи улам бүр чухал болж байна.
2. Плазмын сийлбэрийн тойм
Зураг 2. Киноны төрлөөр плазмын эх үүсвэрийн хийг тодорхойлох
Хөндий хоолойг ашиглах үед хоолойн диаметр нь нарийссан байх тусам шингэн ороход хялбар байдаг бөгөөд энэ нь капилляр гэж нэрлэгддэг үзэгдэл юм. Гэсэн хэдий ч, хэрэв ил гарсан хэсэгт нүх (хаалттай төгсгөл) өрөмдөх юм бол шингэний оролт нь нэлээд хэцүү болно. Иймээс 1970-аад оны дундуур хэлхээний эгзэгтэй хэмжээ нь 3-5 ум байсан тул хуурайсийлбэрнойтон сийлбэрийг үндсэн урсгал болгон аажмаар сольсон. Өөрөөр хэлбэл, ионжсон хэдий ч нэг молекулын эзэлхүүн нь органик полимер уусмалын молекулаас бага байдаг тул гүн нүхийг нэвтлэх нь илүү хялбар байдаг.
Плазмын сийлбэр хийх явцад сийлбэр хийх зориулалттай боловсруулах камерын дотоод хэсгийг холбогдох давхаргад тохирох плазмын эх үүсвэрийн хий шахахаас өмнө вакуум төлөвт тохируулна. Хатуу ислийн хальсыг сийлбэрлэхдээ илүү хүчтэй нүүрстөрөгчийн хайлуур жонш дээр суурилсан эх үүсвэрийн хий ашиглах хэрэгтэй. Харьцангуй сул цахиур эсвэл металл хальсны хувьд хлорт суурилсан плазмын эх үүсвэрийн хий ашиглах хэрэгтэй.
Тэгэхээр хаалганы давхарга болон цахиурын давхар исэл (SiO2) тусгаарлагч давхаргыг хэрхэн наах вэ?
Нэгдүгээрт, хаалганы давхаргын хувьд цахиурыг хлорт суурилсан сийвэн (цахиур + хлор) ашиглан полисиликон сийлбэр сонгох чадвартай. Доод дулаалгын давхаргын хувьд цахиурын давхар ислийн хальсыг илүү хүчтэй сийлбэрийн сонгомол, үр дүнтэй нүүрстөрөгчийн хайлуур жонш дээр суурилсан плазмын эх үүсвэрийн хий (цахиурын давхар исэл + нүүрстөрөгчийн тетрафтор) ашиглан хоёр үе шаттайгаар сийлсэн байх ёстой.
3. Реактив ионы сийлбэр (RIE эсвэл физик-химийн сийлбэр) үйл явц
Зураг 3. Реактив ионы сийлбэрийн давуу тал (анизотропи ба сийлбэрийн өндөр хурд)
Плазм нь изотроп чөлөөт радикалууд ба анизотроп катионуудыг хоёуланг нь агуулдаг тул анизотроп сийлбэрийг хэрхэн гүйцэтгэдэг вэ?
Плазмын хуурай сийлбэрийг голчлон реактив ион сийлбэр (RIE, Reactive Ion Etching) эсвэл энэ аргад суурилсан програмуудаар гүйцэтгэдэг. RIE аргын гол цөм нь анизотроп катионуудаар сийлбэрлэх хэсгийг довтолж, хальсан дахь зорилтот молекулуудын хоорондох холбох хүчийг сулруулах явдал юм. Суларсан хэсэг нь чөлөөт радикалуудад шингэж, давхаргыг бүрдүүлэгч хэсгүүдтэй нийлж, хий (дэгдэмхий нэгдэл) болж хувирдаг.
Чөлөөт радикалууд нь изотроп шинж чанартай боловч доод гадаргууг бүрдүүлдэг молекулууд (катионуудын довтолгооноос болж суларсан) чөлөөт радикалуудад амархан баригдаж, хүчтэй холбох хүч бүхий хажуугийн ханыг бодвол шинэ нэгдлүүд болж хувирдаг. Тиймээс доош чиглэсэн сийлбэр нь үндсэн урсгал болж байна. Баригдсан хэсгүүд нь чөлөөт радикалуудтай хий болж, вакуум нөлөөн дор шингэж, гадаргуугаас ялгардаг.
Энэ үед физикийн үйлчлэлээр гаргаж авсан катионууд болон химийн үйлчлэлээр гаргаж авсан чөлөөт радикалуудыг нэгтгэж физик, химийн сийлбэр хийх ба сийлбэрийн хурд (Etch Rate, тодорхой хугацааны сийлбэрийн зэрэг) 10 дахин нэмэгддэг. дангаар нь катион сийлбэр эсвэл чөлөөт радикал сийлбэртэй харьцуулахад. Энэ арга нь зөвхөн анизотропик доош эш татан сийлбэрийн сийлбэрийн хурдыг нэмэгдүүлэхээс гадна сийлбэр хийсний дараа полимер үлдэгдлийн асуудлыг шийдэж чадна. Энэ аргыг реактив ион сийлбэр (RIE) гэж нэрлэдэг. RIE сийлбэрийн амжилтын гол түлхүүр нь хальсыг сийлэхэд тохиромжтой плазмын эх үүсвэрийн хий олох явдал юм. Тайлбар: Плазмын сийлбэр нь RIE сийлбэр бөгөөд энэ хоёрыг ижил ойлголт гэж үзэж болно.
4. Etch Rate болон үндсэн гүйцэтгэлийн индекс
Зураг 4. Etch Rate-тэй холбоотой үндсэн Etch гүйцэтгэлийн индекс
Эчний хурд гэдэг нь нэг минутын дотор хүрэх ёстой хальсны гүнийг хэлнэ. Тэгэхээр сийлбэрийн хурд нь нэг ширхэг хавтан дээр өөр өөр байдаг нь юу гэсэн үг вэ?
Энэ нь сийлбэрийн гүн нь вафель дээрх хэсэг бүрт харилцан адилгүй байна гэсэн үг юм. Ийм учраас сийлбэрийн дундаж хурд болон сийлбэрийн гүнийг харгалзан сийлбэр зогсох эцсийн цэгийг (EOP) тогтоох нь маш чухал юм. ЭЗБХ-г тогтоосон байсан ч сийлбэрийн гүн нь анх төлөвлөснөөс илүү гүн (хэт сийлбэртэй) эсвэл гүехэн (дутуу сийлбэртэй) байгаа газрууд байсаар байна. Гэсэн хэдий ч сийлбэр хийх явцад хэт сийлбэр хийхээс дутуу сийлбэр нь илүү их хохирол учруулдаг. Учир нь дутуу сийлбэртэй тохиолдолд дутуу сийлсэн хэсэг нь ион суулгах зэрэг дараагийн процессуудад саад болно.
Үүний зэрэгцээ сонгомол чанар (сийлбэрийн хурдаар хэмжигддэг) нь сийлбэр хийх үйл явцын гол үзүүлэлт юм. Хэмжилтийн стандарт нь маскны давхарга (фоторезист хальс, оксидын хальс, цахиурын нитридын хальс гэх мэт) болон зорилтот давхаргын сийлбэрийн хурдыг харьцуулах үндсэн дээр хийгддэг. Энэ нь сонгох чадвар өндөр байх тусам зорилтот давхарга илүү хурдан сийлэгддэг гэсэн үг юм. Жижигрүүлэх түвшин өндөр байх тусам нарийн хэв маягийг төгс харуулахын тулд сонгомол байдлын шаардлага өндөр болно. Сийлбэрийн чиглэл шулуун байдаг тул катион сийлбэрийн сонгомол чанар бага, харин радикал сийлбэрийн сонгомол чанар өндөр байдаг нь RIE-ийн сонгомол чанарыг сайжруулдаг.
5. Сийлбэр хийх үйл явц
Зураг 5. Сийлбэр хийх үйл явц
Эхлээд өрөмийг 800-1000 хэмийн температуртай исэлдүүлэх зууханд хийж, дараа нь хуурай аргаар хавтан дээр өндөр тусгаарлагч шинж чанартай цахиурын давхар исэл (SiO2) хальс үүсгэдэг. Дараа нь химийн уурын хуримтлал (CVD)/физик уурын хуримтлал (PVD) аргаар оксидын хальсан дээр цахиурын давхарга эсвэл дамжуулагч давхарга үүсгэхийн тулд хуримтлуулах процессыг оруулна. Хэрэв цахиурын давхарга үүссэн бол шаардлагатай бол дамжуулах чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд хольцыг тараах процессыг хийж болно. Бохирдлыг тараах явцад олон хольцыг дахин дахин нэмдэг.
Энэ үед сийлбэр хийхдээ тусгаарлагч давхарга болон полисиликон давхаргыг нэгтгэх хэрэгтэй. Нэгдүгээрт, фоторезистийг ашигладаг. Дараа нь фоторезистийн хальсан дээр маск тавьж, хүссэн хэв маягийг (нүцгэн нүдэнд үл үзэгдэх) шингээхийн тулд нойтон нөлөөллийг хийнэ. Загварын тоймыг хөгжүүлснээр илчлэх үед гэрэл мэдрэмтгий хэсгийн фоторезистийг арилгана. Дараа нь фотолитографийн аргаар боловсруулсан ялтсыг хуурай сийлбэр хийх зорилгоор сийлбэрлэх процесст шилжүүлнэ.
Хуурай сийлбэрийг голчлон реактив ионы сийлбэр (RIE) аргаар хийдэг бөгөөд сийлбэрийг хальс бүрт тохирсон эх хийг сольж голчлон давтдаг. Хуурай сийлбэр ба нойтон сийлбэр нь сийлбэрийн харьцааг (A/R үнэ цэнэ) нэмэгдүүлэх зорилготой. Үүнээс гадна нүхний ёроолд хуримтлагдсан полимерийг арилгахын тулд тогтмол цэвэрлэгээ хийх шаардлагатай (сийлбэрээр үүссэн цоорхой). Хамгийн чухал зүйл бол цэвэрлэх уусмал эсвэл плазмын эх үүсвэрийн хий шуудууны ёроолд урсах боломжтой байхын тулд бүх хувьсагчдыг (материал, эх хий, цаг хугацаа, хэлбэр, дараалал гэх мэт) органик байдлаар тохируулах ёстой. Хувьсагчийн бага зэрэг өөрчлөлт нь бусад хувьсагчдыг дахин тооцоолох шаардлагатай бөгөөд үе шат бүрийн зорилгод хүрэх хүртэл энэ дахин тооцоолох үйл явц давтагдана. Сүүлийн үед атомын давхаргын хуримтлал (ALD) давхарга зэрэг моноатом давхарга нь нимгэн, хатуу болж байна. Тиймээс сийлбэрийн технологи нь бага температур, даралтын хэрэглээ рүү шилжиж байна. Сийлбэрийн үйл явц нь эгзэгтэй хэмжигдэхүүнийг (CD) хянаж, нарийн хэв маягийг бий болгож, сийлбэрийн процессоос үүдэлтэй асуудлууд, ялангуяа дутуу сийлбэр болон үлдэгдэл арилгахтай холбоотой асуудлуудаас зайлсхийхэд чиглэгддэг. Сийлбэрийн тухай дээрх хоёр өгүүлэл нь сийлбэрийн үйл явцын зорилго, дээрх зорилгод хүрэхэд тулгарч буй саад бэрхшээл, эдгээр саад бэрхшээлийг даван туулахад ашигладаг гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүдийн талаар уншигчдад ойлголт өгөх зорилготой юм.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 9-р сарын 10-ны хооронд