Tidlig våtetsing fremmet utviklingen av rense- eller askeprosesser. I dag har tørretsing ved bruk av plasma blitt mainstreametseprosess. Plasma består av elektroner, kationer og radikaler. Energien som påføres plasmaet fører til at de ytterste elektronene i kildegassen i nøytral tilstand fjernes, og derved omdanner disse elektronene til kationer.
I tillegg kan ufullkomne atomer i molekyler fjernes ved å bruke energi for å danne elektrisk nøytrale radikaler. Tørr etsing bruker kationer og radikaler som utgjør plasma, hvor kationer er anisotrope (egnet for etsing i en bestemt retning) og radikaler er isotrope (egnet for etsing i alle retninger). Antall radikaler er langt større enn antall kationer. I dette tilfellet bør tørretsing være isotropisk som våtetsing.
Imidlertid er det den anisotropiske etsingen av tørretsing som gjør ultraminiatyriserte kretsløp mulig. Hva er årsaken til dette? I tillegg er etsehastigheten til kationer og radikaler svært langsom. Så hvordan kan vi bruke plasmaetsingsmetoder på masseproduksjon i møte med denne mangelen?
1. Aspektforhold (A/R)
Figur 1. Konseptet sideforhold og virkningen av teknologisk fremgang på det
Aspect Ratio er forholdet mellom horisontal bredde og vertikal høyde (dvs. høyde delt på bredde). Jo mindre den kritiske dimensjonen (CD) til kretsen er, desto større er størrelsesforholdet. Det vil si at forutsatt en sideforholdsverdi på 10 og en bredde på 10 nm, bør høyden på hullet som bores under etseprosessen være 100 nm. For neste generasjons produkter som krever ultraminiatyrisering (2D) eller høy tetthet (3D), kreves derfor ekstremt høye sideforholdsverdier for å sikre at kationer kan trenge gjennom bunnfilmen under etsing.
For å oppnå ultra-miniatyriseringsteknologi med en kritisk dimensjon på mindre enn 10nm i 2D-produkter, bør kondensatorsideforholdsverdien til dynamisk tilfeldig tilgangsminne (DRAM) opprettholdes over 100. På samme måte krever 3D NAND-flashminne også høyere sideforholdsverdier for å stable 256 lag eller flere av cellestablingslag. Selv om vilkårene som kreves for andre prosesser er oppfylt, kan de nødvendige produktene ikke produseres hvisetseprosesser ikke opp til standarden. Dette er grunnen til at etseteknologi blir stadig viktigere.
2. Oversikt over plasmaetsing
Figur 2. Bestemmelse av plasmakildegass i henhold til filmtype
Når et hulrør brukes, jo smalere rørdiameteren er, jo lettere er det for væske å komme inn, som er det såkalte kapillærfenomenet. Men hvis et hull (lukket ende) skal bores i det utsatte området, blir tilførselen av væsken ganske vanskelig. Derfor, siden den kritiske størrelsen på kretsen var 3um til 5um på midten av 1970-tallet, tørretsinghar gradvis erstattet våtetsing som mainstream. Det vil si at selv om det er ionisert, er det lettere å trenge gjennom dype hull fordi volumet til et enkelt molekyl er mindre enn volumet til et organisk polymerløsningsmolekyl.
Under plasmaetsing bør det indre av prosesskammeret som brukes til etsing, justeres til en vakuumtilstand før injeksjon av plasmakildegassen som passer for det aktuelle laget. Ved etsing av faste oksidfilmer bør sterkere karbonfluoridbaserte kildegasser brukes. For relativt svake silisium- eller metallfilmer bør klorbaserte plasmakildegasser brukes.
Så, hvordan skal portlaget og det underliggende silisiumdioksyd (SiO2) isolasjonslaget etses?
Først, for gatelaget, bør silisium fjernes ved å bruke et klorbasert plasma (silisium + klor) med polysilisiumetsingselektivitet. For det nederste isolasjonslaget bør silisiumdioksidfilmen etses i to trinn ved å bruke en karbonfluoridbasert plasmakildegass (silisiumdioksid + karbontetrafluorid) med sterkere etseselektivitet og effektivitet.
3. Reaktiv ionetsingsprosess (RIE eller fysisk-kjemisk etsing).
Figur 3. Fordeler med reaktiv ionetsing (anisotropi og høy etsehastighet)
Plasma inneholder både isotropiske frie radikaler og anisotrope kationer, så hvordan utfører det anisotropisk etsing?
Plasma tørretsing utføres hovedsakelig ved reaktiv ionetsing (RIE, Reactive Ion Etching) eller applikasjoner basert på denne metoden. Kjernen i RIE-metoden er å svekke bindingskraften mellom målmolekyler i filmen ved å angripe etseområdet med anisotrope kationer. Det svekkede området absorberes av frie radikaler, kombinert med partiklene som utgjør laget, omdannes til gass (en flyktig forbindelse) og frigjøres.
Selv om frie radikaler har isotropiske egenskaper, blir molekyler som utgjør bunnoverflaten (hvis bindingskraft svekkes ved angrep av kationer) lettere fanget opp av frie radikaler og omdannet til nye forbindelser enn sidevegger med sterk bindingskraft. Derfor blir nedadgående etsing mainstream. De fangede partiklene blir til gass med frie radikaler, som desorberes og frigjøres fra overflaten under påvirkning av vakuum.
På dette tidspunktet kombineres kationene oppnådd ved fysisk handling og frie radikaler oppnådd ved kjemisk handling for fysisk og kjemisk etsing, og etsningshastigheten (Etch Rate, graden av etsing i en viss tidsperiode) økes med 10 ganger sammenlignet med tilfellet med kationisk etsing eller friradikal-etsing alene. Denne metoden kan ikke bare øke etsningshastigheten for anisotropisk nedadrettet etsing, men også løse problemet med polymerrester etter etsing. Denne metoden kalles reaktiv ionetsing (RIE). Nøkkelen til suksessen med RIE-etsing er å finne en plasmakildegass som er egnet for etsing av filmen. Merk: Plasma-etsing er RIE-etsing, og de to kan betraktes som samme konsept.
4. Etsningshastighet og kjerneytelsesindeks
Figur 4. Core Etch Performance Index relatert til Etch Rate
Etsehastighet refererer til dybden av filmen som forventes å nås i løpet av ett minutt. Så hva betyr det at etsehastigheten varierer fra del til del på en enkelt wafer?
Dette betyr at etsedybden varierer fra del til del på waferen. Av denne grunn er det svært viktig å sette endepunktet (EOP) der etsingen skal stoppe ved å vurdere gjennomsnittlig etsehastighet og etsedybde. Selv om EOP er satt, er det fortsatt noen områder hvor etsedybden er dypere (over-etset) eller grunnere (under-etset) enn opprinnelig planlagt. Imidlertid forårsaker under-etsing mer skade enn over-etsing under etsing. For i tilfelle av under-etsing, vil den under-etsede delen hindre påfølgende prosesser som ioneimplantasjon.
I mellomtiden er selektivitet (målt ved etsehastighet) en nøkkelytelsesindikator for etseprosessen. Målestandarden er basert på sammenligningen av etsehastigheten til maskelaget (fotoresistfilm, oksidfilm, silisiumnitridfilm, etc.) og mållaget. Dette betyr at jo høyere selektivitet, jo raskere blir mållaget etset. Jo høyere nivå av miniatyrisering, desto høyere er selektivitetskravet for å sikre at fine mønstre kan presenteres perfekt. Siden etsingsretningen er rett, er selektiviteten til kationisk etsing lav, mens selektiviteten til radikal etsing er høy, noe som forbedrer selektiviteten til RIE.
5. Etseprosess
Figur 5. Etseprosess
Først plasseres waferen i en oksidasjonsovn med en temperatur som holdes mellom 800 og 1000 ℃, og deretter dannes en silisiumdioksid (SiO2) film med høye isolasjonsegenskaper på overflaten av waferen ved en tørr metode. Deretter går deponeringsprosessen inn for å danne et silisiumlag eller et ledende lag på oksidfilmen ved kjemisk dampavsetning (CVD)/fysisk dampavsetning (PVD). Hvis det dannes et silisiumlag, kan en urenhetsdiffusjonsprosess utføres for å øke ledningsevnen om nødvendig. Under urenhetsdiffusjonsprosessen tilsettes ofte flere urenheter gjentatte ganger.
På dette tidspunktet bør det isolerende laget og polysilisiumlaget kombineres for etsing. Først brukes en fotoresist. Deretter plasseres en maske på fotoresistfilmen og våteksponering utføres ved nedsenking for å trykke ønsket mønster (usynlig for det blotte øye) på fotoresistfilmen. Når mønsterkonturen avsløres ved fremkalling, fjernes fotoresisten i det lysfølsomme området. Deretter overføres waferen behandlet ved fotolitografiprosessen til etseprosessen for tørretsing.
Tørretsing utføres hovedsakelig ved reaktiv ionetsing (RIE), hvor etsingen gjentas hovedsakelig ved å erstatte kildegassen som er egnet for hver film. Både tørr etsing og våt etsing tar sikte på å øke sideforholdet (A/R-verdi) for etsing. I tillegg er det nødvendig med regelmessig rengjøring for å fjerne polymeren som er akkumulert i bunnen av hullet (gapet dannet ved etsing). Det viktige poenget er at alle variabler (som materialer, kildegass, tid, form og rekkefølge) bør justeres organisk for å sikre at renseløsningen eller plasmakildegassen kan strømme ned til bunnen av grøften. En liten endring i en variabel krever omberegning av andre variabler, og denne omberegningsprosessen gjentas til den oppfyller formålet med hvert trinn. Nylig har monoatomiske lag som atomic layer deposition (ALD)-lag blitt tynnere og hardere. Derfor beveger etseteknologien seg mot bruk av lave temperaturer og trykk. Etseprosessen har som mål å kontrollere den kritiske dimensjonen (CD) for å produsere fine mønstre og sikre at problemer forårsaket av etseprosessen unngås, spesielt underetsing og problemer knyttet til fjerning av rester. De to ovennevnte artiklene om etsing tar sikte på å gi leserne en forståelse av formålet med etseprosessen, hindringene for å nå målene ovenfor, og ytelsesindikatorene som brukes for å overvinne slike hindringer.
Innleggstid: 10. september 2024