Goresan basah awal menggalakkan perkembangan proses pembersihan atau pengabuan. Hari ini, etsa kering menggunakan plasma telah menjadi arus perdanaproses goresan. Plasma terdiri daripada elektron, kation dan radikal. Tenaga yang digunakan pada plasma menyebabkan elektron terluar gas sumber dalam keadaan neutral dilucutkan, dengan itu menukar elektron ini kepada kation.
Di samping itu, atom yang tidak sempurna dalam molekul boleh dilucutkan dengan menggunakan tenaga untuk membentuk radikal neutral elektrik. Goresan kering menggunakan kation dan radikal yang membentuk plasma, di mana kation adalah anisotropik (sesuai untuk mengetsa ke arah tertentu) dan radikal adalah isotropik (sesuai untuk mengetsa ke semua arah). Bilangan radikal jauh lebih besar daripada bilangan kation. Dalam kes ini, etsa kering hendaklah bersifat isotropik seperti etsa basah.
Walau bagaimanapun, goresan anisotropik daripada goresan kering yang menjadikan litar ultra-miniatur mungkin. Apakah sebab ini? Di samping itu, kelajuan etsa kation dan radikal adalah sangat perlahan. Jadi bagaimana kita boleh menggunakan kaedah etsa plasma untuk pengeluaran besar-besaran dalam menghadapi kekurangan ini?
1. Nisbah Aspek (A/R)
Rajah 1. Konsep nisbah aspek dan kesan kemajuan teknologi ke atasnya
Nisbah Aspek ialah nisbah lebar mendatar kepada ketinggian menegak (iaitu, tinggi dibahagikan dengan lebar). Lebih kecil dimensi kritikal (CD) litar, lebih besar nilai nisbah aspek. Iaitu, dengan mengandaikan nilai nisbah aspek 10 dan lebar 10nm, ketinggian lubang yang digerudi semasa proses etsa hendaklah 100nm. Oleh itu, untuk produk generasi akan datang yang memerlukan pengecilan ultra (2D) atau ketumpatan tinggi (3D), nilai nisbah aspek yang sangat tinggi diperlukan untuk memastikan kation boleh menembusi filem bawah semasa etsa.
Untuk mencapai teknologi pengecilan ultra dengan dimensi kritikal kurang daripada 10nm dalam produk 2D, nilai nisbah aspek kapasitor memori akses rawak dinamik (DRAM) harus dikekalkan melebihi 100. Begitu juga, memori kilat NAND 3D juga memerlukan nilai nisbah aspek yang lebih tinggi untuk menyusun 256 lapisan atau lebih lapisan susun sel. Walaupun syarat yang diperlukan untuk proses lain dipenuhi, produk yang diperlukan tidak boleh dihasilkan jikaproses goresantidak mencapai standard. Inilah sebabnya mengapa teknologi etsa menjadi semakin penting.
2. Gambaran keseluruhan etsa plasma
Rajah 2. Menentukan gas sumber plasma mengikut jenis filem
Apabila paip berongga digunakan, diameter paip yang lebih sempit, lebih mudah untuk cecair masuk, yang merupakan fenomena kapilari yang dipanggil. Walau bagaimanapun, jika lubang (hujung tertutup) ingin digerudi di kawasan terdedah, input cecair menjadi agak sukar. Oleh itu, memandangkan saiz kritikal litar ialah 3um hingga 5um pada pertengahan 1970-an, keringgoresantelah secara beransur-ansur menggantikan etsa basah sebagai arus perdana. Iaitu, walaupun terion, ia lebih mudah untuk menembusi lubang yang dalam kerana isipadu molekul tunggal adalah lebih kecil daripada molekul larutan polimer organik.
Semasa etsa plasma, bahagian dalam ruang pemprosesan yang digunakan untuk mengetsa hendaklah dilaraskan kepada keadaan vakum sebelum menyuntik gas sumber plasma yang sesuai untuk lapisan yang berkaitan. Apabila mengetsa filem oksida pepejal, gas sumber berasaskan karbon fluorida yang lebih kuat harus digunakan. Untuk silikon atau filem logam yang agak lemah, gas sumber plasma berasaskan klorin harus digunakan.
Jadi, bagaimanakah lapisan pintu dan lapisan penebat silikon dioksida (SiO2) yang mendasari harus terukir?
Pertama, untuk lapisan pintu, silikon hendaklah dikeluarkan menggunakan plasma berasaskan klorin (silikon + klorin) dengan selektiviti etsa polislikon. Untuk lapisan penebat bawah, filem silikon dioksida hendaklah terukir dalam dua langkah menggunakan gas sumber plasma berasaskan fluorida karbon (silikon dioksida + karbon tetrafluorida) dengan selektiviti dan keberkesanan etsa yang lebih kuat.
3. Proses goresan ion reaktif (RIE atau physicochemical etching).
Rajah 3. Kelebihan goresan ion reaktif (anisotropi dan kadar goresan tinggi)
Plasma mengandungi kedua-dua radikal bebas isotropik dan kation anisotropik, jadi bagaimanakah ia melakukan etsa anisotropik?
Etsa kering plasma terutamanya dilakukan oleh etsa ion reaktif (RIE, Reactive Ion Etching) atau aplikasi berdasarkan kaedah ini. Teras kaedah RIE adalah untuk melemahkan daya ikatan antara molekul sasaran dalam filem dengan menyerang kawasan etsa dengan kation anisotropik. Kawasan yang lemah diserap oleh radikal bebas, digabungkan dengan zarah-zarah yang membentuk lapisan, ditukar menjadi gas (sebatian meruap) dan dibebaskan.
Walaupun radikal bebas mempunyai ciri-ciri isotropik, molekul yang membentuk permukaan bawah (yang daya ikatannya dilemahkan oleh serangan kation) lebih mudah ditangkap oleh radikal bebas dan ditukar kepada sebatian baru daripada dinding sisi dengan daya ikatan yang kuat. Oleh itu, etsa ke bawah menjadi arus perdana. Zarah yang ditangkap menjadi gas dengan radikal bebas, yang diserap dan dibebaskan dari permukaan di bawah tindakan vakum.
Pada masa ini, kation yang diperolehi oleh tindakan fizikal dan radikal bebas yang diperolehi oleh tindakan kimia digabungkan untuk etsa fizikal dan kimia, dan kadar etsa (Kadar Etch, tahap etsa dalam tempoh masa tertentu) meningkat sebanyak 10 kali ganda. berbanding dengan kes etsa kationik atau etsa radikal bebas sahaja. Kaedah ini bukan sahaja dapat meningkatkan kadar etsa anisotropik ke bawah, tetapi juga menyelesaikan masalah sisa polimer selepas etsa. Kaedah ini dipanggil reactive ion etching (RIE). Kunci kejayaan etsa RIE ialah mencari gas sumber plasma yang sesuai untuk mengetsa filem. Nota: Goresan plasma ialah goresan RIE, dan kedua-duanya boleh dianggap sebagai konsep yang sama.
4. Kadar Etch dan Indeks Prestasi Teras
Rajah 4. Indeks Prestasi Coretan Teras berkaitan Kadar Goresan
Kadar goresan merujuk kepada kedalaman filem yang dijangka dapat dicapai dalam satu minit. Jadi apakah maksudnya kadar goresan berbeza dari bahagian ke bahagian pada satu wafer?
Ini bermakna kedalaman goresan berbeza dari bahagian ke bahagian pada wafer. Atas sebab ini, adalah sangat penting untuk menetapkan titik akhir (EOP) di mana goresan harus dihentikan dengan mempertimbangkan purata kadar goresan dan kedalaman goresan. Walaupun EOP ditetapkan, masih terdapat beberapa kawasan di mana kedalaman goresan lebih dalam (terlalu terukir) atau lebih cetek (terukir bawah) daripada yang dirancang pada asalnya. Walau bagaimanapun, goresan kurang menyebabkan lebih banyak kerosakan daripada goresan berlebihan semasa goresan. Kerana dalam kes under-etched, bahagian under-etched akan menghalang proses seterusnya seperti implantasi ion.
Sementara itu, selektiviti (diukur dengan kadar goresan) ialah penunjuk prestasi utama proses goresan. Piawaian pengukuran adalah berdasarkan perbandingan kadar goresan lapisan topeng (filem photoresist, filem oksida, filem silikon nitrida, dll.) dan lapisan sasaran. Ini bermakna bahawa lebih tinggi selektiviti, lebih cepat lapisan sasaran terukir. Semakin tinggi tahap pengecilan, semakin tinggi keperluan selektiviti untuk memastikan corak halus dapat dipersembahkan dengan sempurna. Oleh kerana arah etsa adalah lurus, selektiviti etsa kationik adalah rendah, manakala selektiviti etsa radikal adalah tinggi, yang meningkatkan selektiviti RIE.
5. Proses goresan
Rajah 5. Proses etching
Pertama, wafer diletakkan di dalam relau pengoksidaan dengan suhu dikekalkan antara 800 dan 1000 ℃, dan kemudian filem silikon dioksida (SiO2) dengan sifat penebat tinggi terbentuk pada permukaan wafer dengan kaedah kering. Seterusnya, proses pemendapan dimasukkan untuk membentuk lapisan silikon atau lapisan pengalir pada filem oksida melalui pemendapan wap kimia (CVD)/pemendapan wap fizikal (PVD). Jika lapisan silikon terbentuk, proses resapan bendasing boleh dilakukan untuk meningkatkan kekonduksian jika perlu. Semasa proses penyebaran kekotoran, pelbagai kekotoran sering ditambah berulang kali.
Pada masa ini, lapisan penebat dan lapisan polysilicon harus digabungkan untuk etsa. Pertama, photoresist digunakan. Selepas itu, topeng diletakkan pada filem photoresist dan pendedahan basah dilakukan dengan rendaman untuk mencetak corak yang diingini (tidak dapat dilihat dengan mata kasar) pada filem photoresist. Apabila garis besar corak didedahkan oleh pembangunan, photoresist di kawasan fotosensitif dikeluarkan. Kemudian, wafer yang diproses melalui proses fotolitografi dipindahkan ke proses etsa untuk etsa kering.
Goresan kering terutamanya dilakukan oleh etsa ion reaktif (RIE), di mana etsa diulang terutamanya dengan menggantikan gas sumber yang sesuai untuk setiap filem. Kedua-dua goresan kering dan goresan basah bertujuan untuk meningkatkan nisbah aspek (nilai A/R) goresan. Di samping itu, pembersihan tetap diperlukan untuk mengeluarkan polimer yang terkumpul di bahagian bawah lubang (jurang yang terbentuk oleh etsa). Perkara penting ialah semua pembolehubah (seperti bahan, gas sumber, masa, bentuk dan jujukan) harus dilaraskan secara organik untuk memastikan penyelesaian pembersihan atau gas sumber plasma boleh mengalir ke bawah parit. Perubahan sedikit dalam pembolehubah memerlukan pengiraan semula pembolehubah lain, dan proses pengiraan semula ini diulang sehingga ia memenuhi tujuan setiap peringkat. Baru-baru ini, lapisan monoatomik seperti lapisan pemendapan lapisan atom (ALD) telah menjadi lebih nipis dan lebih keras. Oleh itu, teknologi etsa sedang bergerak ke arah penggunaan suhu dan tekanan rendah. Proses goresan bertujuan mengawal dimensi kritikal (CD) untuk menghasilkan corak halus dan memastikan masalah yang berpunca daripada proses goresan dapat dielakkan terutamanya under-etching dan masalah berkaitan penyingkiran residu. Dua artikel mengenai etsa di atas bertujuan untuk memberi pemahaman kepada pembaca tentang tujuan proses etsa, halangan untuk mencapai matlamat di atas, dan penunjuk prestasi yang digunakan untuk mengatasi halangan tersebut.
Masa siaran: Sep-10-2024