Skoré mokré leptanie podporilo vývoj procesov čistenia alebo spopolňovania. Dnes sa suché leptanie pomocou plazmy stalo hlavným prúdomproces leptania. Plazma sa skladá z elektrónov, katiónov a radikálov. Energia aplikovaná na plazmu spôsobí, že sa najvzdialenejšie elektróny zdrojového plynu v neutrálnom stave odstránia, čím sa tieto elektróny premenia na katióny.
Navyše, nedokonalé atómy v molekulách môžu byť odstránené aplikáciou energie za vzniku elektricky neutrálnych radikálov. Suché leptanie využíva katióny a radikály tvoriace plazmu, kde katióny sú anizotropné (vhodné na leptanie v určitom smere) a radikály izotropné (vhodné na leptanie vo všetkých smeroch). Počet radikálov je oveľa väčší ako počet katiónov. V tomto prípade by suché leptanie malo byť izotropné ako mokré leptanie.
Avšak práve anizotropné leptanie suchého leptania umožňuje ultraminiaturizované obvody. Aký je dôvod? Okrem toho je rýchlosť leptania katiónov a radikálov veľmi pomalá. Ako teda môžeme použiť metódy plazmového leptania na masovú výrobu tvárou v tvár tomuto nedostatku?
1. Pomer strán (A/R)
Obrázok 1. Pojem pomer strán a vplyv technologického pokroku naň
Pomer strán je pomer horizontálnej šírky k vertikálnej výške (tj výška delená šírkou). Čím menší je kritický rozmer (CD) obvodu, tým väčšia je hodnota pomeru strán. To znamená, že za predpokladu hodnoty pomeru strán 10 a šírky 10 nm by výška otvoru vyvŕtaného počas procesu leptania mala byť 100 nm. Preto sú pre produkty novej generácie, ktoré vyžadujú ultraminiaturizáciu (2D) alebo vysokú hustotu (3D), potrebné extrémne vysoké hodnoty pomeru strán, aby sa zabezpečilo, že katióny môžu preniknúť spodnou vrstvou počas leptania.
Na dosiahnutie ultraminiaturizačnej technológie s kritickým rozmerom menším ako 10nm v 2D produktoch by mala byť hodnota pomeru strán kondenzátora dynamickej pamäte s náhodným prístupom (DRAM) udržiavaná nad 100. Podobne aj 3D NAND flash pamäť vyžaduje vyššie hodnoty pomeru strán na stohovanie 256 vrstiev alebo viac vrstiev na ukladanie buniek. Aj keď sú splnené podmienky požadované pre iné procesy, požadované produkty nie je možné vyrobiť, akproces leptanianie je na úrovni. To je dôvod, prečo sa technológia leptania stáva čoraz dôležitejšou.
2. Prehľad plazmového leptania
Obrázok 2. Určenie plynu zdroja plazmy podľa typu filmu
Pri použití dutej rúrky platí, že čím užší je priemer rúrky, tým ľahšie do nej vstupuje kvapalina, čo je takzvaný kapilárny jav. Ak sa však má vyvŕtať otvor (uzavretý koniec) v exponovanej oblasti, vstup kvapaliny sa stáva dosť obtiažnym. Preto, keďže kritická veľkosť obvodu bola v polovici 70. rokov 20. storočia 3 um až 5 um, suchéleptaniepostupne nahradilo mokré leptanie ako hlavný prúd. To znamená, že hoci je ionizovaný, je ľahšie preniknúť do hlbokých dier, pretože objem jednej molekuly je menší ako objem molekuly organického polymérneho roztoku.
Počas plazmového leptania by mal byť interiér spracovacej komory použitej na leptanie nastavený na vákuový stav pred vstreknutím plazmového zdroja plynu vhodného pre príslušnú vrstvu. Pri leptaní pevných oxidových filmov by sa mali použiť silnejšie zdrojové plyny na báze fluoridu uhlíka. Pre relatívne slabé kremíkové alebo kovové filmy by sa mali použiť plazmové zdrojové plyny na báze chlóru.
Ako by sa teda mala leptať hradlová vrstva a pod ňou ležiaca izolačná vrstva oxidu kremičitého (SiO2)?
Po prvé, z hradlovej vrstvy by sa mal odstrániť kremík pomocou plazmy na báze chlóru (kremík + chlór) so selektivitou polysilikónového leptania. Pre spodnú izolačnú vrstvu by mal byť film oxidu kremičitého leptaný v dvoch krokoch pomocou plazmového zdroja plynu na báze fluoridu uhlíka (oxid kremičitý + fluorid uhličitý) so silnejšou selektivitou a účinnosťou leptania.
3. Proces reaktívneho iónového leptania (RIE alebo fyzikálno-chemické leptanie).
Obrázok 3. Výhody reaktívneho iónového leptania (anizotropia a vysoká rýchlosť leptania)
Plazma obsahuje izotropné voľné radikály aj anizotropné katióny, ako teda vykonáva anizotropné leptanie?
Plazmové suché leptanie sa vykonáva najmä reaktívnym iónovým leptaním (RIE, Reactive Ion Etching) alebo aplikáciami založenými na tejto metóde. Jadrom metódy RIE je oslabenie väzbovej sily medzi cieľovými molekulami vo filme napadnutím leptanej oblasti anizotropnými katiónmi. Oslabená oblasť je absorbovaná voľnými radikálmi, spojená s časticami, ktoré tvoria vrstvu, premenená na plyn (prchavá zlúčenina) a uvoľnená.
Hoci voľné radikály majú izotropné vlastnosti, molekuly, ktoré tvoria povrch dna (ktorého väzbová sila je oslabená útokom katiónov) sú ľahšie zachytené voľnými radikálmi a premenené na nové zlúčeniny ako bočné steny so silnou väzbovou silou. Preto sa zostupné leptanie stáva hlavným prúdom. Zachytené častice sa stávajú plynom s voľnými radikálmi, ktoré sa pôsobením vákua desorbujú a uvoľňujú z povrchu.
V tomto čase sa katióny získané fyzikálnym pôsobením a voľné radikály získané chemickým pôsobením kombinujú na fyzikálne a chemické leptanie a rýchlosť leptania (Etch Rate, stupeň leptania za určité časové obdobie) sa zvýši 10-krát. v porovnaní s prípadom katiónového leptania alebo samotného leptania voľnými radikálmi. Táto metóda môže nielen zvýšiť rýchlosť leptania anizotropného leptania smerom nadol, ale tiež vyriešiť problém zvyškov polyméru po leptaní. Táto metóda sa nazýva reaktívne iónové leptanie (RIE). Kľúčom k úspechu leptania RIE je nájsť zdroj plazmového plynu vhodného na leptanie filmu. Poznámka: Plazmové leptanie je RIE leptanie a tieto dva možno považovať za rovnaký koncept.
4. Etch Rate a Core Performance Index
Obrázok 4. Index výkonu jadrového leptania súvisiaci s rýchlosťou leptania
Rýchlosť leptania sa vzťahuje na hĺbku filmu, ktorá sa má dosiahnuť za jednu minútu. Čo to teda znamená, že rýchlosť leptania sa líši od dielu k dielu na jednom plátku?
To znamená, že hĺbka leptania sa líši od dielu k dielu na doštičke. Z tohto dôvodu je veľmi dôležité nastaviť koncový bod (EOP), v ktorom by sa leptanie malo zastaviť, s ohľadom na priemernú rýchlosť leptania a hĺbku leptania. Aj keď je EOP nastavená, stále existujú oblasti, kde je hĺbka leptania hlbšia (preleptaná) alebo plytšia (nedostatočne leptaná), ako sa pôvodne plánovalo. Podleptanie však spôsobuje väčšie škody ako nadmerné leptanie pri leptaní. Pretože v prípade nedostatočného leptania bude nedostatočne leptaná časť brániť následným procesom, ako je implantácia iónov.
Medzitým je selektivita (meraná rýchlosťou leptania) kľúčovým ukazovateľom výkonnosti procesu leptania. Štandard merania je založený na porovnaní rýchlosti leptania vrstvy masky (fotorezistentný film, oxidový film, film z nitridu kremíka atď.) a cieľovej vrstvy. To znamená, že čím vyššia je selektivita, tým rýchlejšie sa leptá cieľová vrstva. Čím vyššia je úroveň miniaturizácie, tým vyššia je požiadavka na selektivitu, aby sa zabezpečilo dokonalé prezentovanie jemných vzorov. Pretože smer leptania je priamy, selektivita katiónového leptania je nízka, zatiaľ čo selektivita radikálového leptania je vysoká, čo zlepšuje selektivitu RIE.
5. Proces leptania
Obrázok 5. Proces leptania
Najprv sa plátok umiestni do oxidačnej pece s teplotou udržiavanou medzi 800 a 1000 ℃ a potom sa na povrchu plátku suchou metódou vytvorí film oxidu kremičitého (SiO2) s vysokými izolačnými vlastnosťami. Ďalej sa zavedie proces nanášania, aby sa vytvorila vrstva kremíka alebo vodivá vrstva na oxidovom filme chemickým nanášaním z plynnej fázy (CVD)/fyzikálnym nanášaním z plynnej fázy (PVD). Ak sa vytvorí vrstva kremíka, môže sa v prípade potreby vykonať proces difúzie nečistôt, aby sa zvýšila vodivosť. Počas procesu difúzie nečistôt sa často opakovane pridávajú viaceré nečistoty.
V tomto čase by sa izolačná vrstva a polysilikónová vrstva mali spojiť na leptanie. Najprv sa použije fotorezist. Následne sa na fotorezistový film umiestni maska a vykoná sa mokrá expozícia ponorením, aby sa na fotorezistový film vtlačil požadovaný vzor (voľným okom neviditeľný). Keď sa rozvinutím odhalí obrys vzoru, fotorezist vo fotocitlivej oblasti sa odstráni. Potom sa plátok spracovaný procesom fotolitografie prenesie do procesu leptania na suché leptanie.
Suché leptanie sa vykonáva hlavne reaktívnym iónovým leptaním (RIE), pri ktorom sa leptanie opakuje hlavne nahradením zdrojového plynu vhodného pre každý film. Suché leptanie aj mokré leptanie majú za cieľ zvýšiť pomer strán (hodnota A/R) leptania. Okrem toho je potrebné pravidelné čistenie, aby sa odstránil polymér nahromadený na dne otvoru (medzera vytvorená leptaním). Dôležitým bodom je, že všetky premenné (ako sú materiály, zdrojový plyn, čas, forma a postupnosť) by mali byť nastavené organicky, aby sa zabezpečilo, že čistiaci roztok alebo plyn ako zdroj plazmy môže tiecť dole na dno výkopu. Mierna zmena premennej si vyžaduje prepočet iných premenných a tento proces prepočtu sa opakuje, kým nesplní účel každej fázy. V poslednej dobe sa monoatomické vrstvy, ako napríklad vrstvy nanášania atómovej vrstvy (ALD), stali tenšími a tvrdšími. Preto technológia leptania smeruje k využívaniu nízkych teplôt a tlakov. Proces leptania sa zameriava na kontrolu kritického rozmeru (CD), aby sa vytvorili jemné vzory a aby sa predišlo problémom spôsobeným procesom leptania, najmä nedostatočnému leptaniu a problémom súvisiacim s odstraňovaním zvyškov. Cieľom dvoch vyššie uvedených článkov o leptaní je poskytnúť čitateľom pochopenie účelu procesu leptania, prekážok pri dosahovaní vyššie uvedených cieľov a ukazovateľov výkonnosti používaných na prekonanie takýchto prekážok.
Čas odoslania: 10. september 2024