Zgodnje mokro jedkanje je pospešilo razvoj postopkov čiščenja ali pepeljenja. Danes je suho jedkanje s plazmo postalo glavni tokpostopek jedkanja. Plazmo sestavljajo elektroni, kationi in radikali. Energija, uporabljena v plazmi, povzroči, da se najbolj oddaljeni elektroni izvornega plina v nevtralnem stanju odstranijo, s čimer se ti elektroni pretvorijo v katione.
Poleg tega lahko nepopolne atome v molekulah odstranimo z uporabo energije za tvorbo električno nevtralnih radikalov. Pri suhem jedkanju se uporabljajo kationi in radikali, ki sestavljajo plazmo, pri čemer so kationi anizotropni (primerni za jedkanje v določeni smeri) in radikali izotropni (primerni za jedkanje v vseh smereh). Število radikalov je veliko večje od števila kationov. V tem primeru mora biti suho jedkanje izotropno kot mokro jedkanje.
Vendar pa je anizotropno jedkanje suhega jedkanja tisto, kar omogoča ultraminiaturizirana vezja. Kaj je razlog za to? Poleg tega je hitrost jedkanja kationov in radikalov zelo počasna. Torej, kako lahko uporabimo metode plazemskega jedkanja v množični proizvodnji ob tej pomanjkljivosti?
1. Razmerje stranic (A/R)
Slika 1. Koncept razmerja stranic in vpliv tehnološkega napredka nanj
Razmerje stranic je razmerje med vodoravno širino in navpično višino (tj. višina deljena s širino). Manjša kot je kritična dimenzija (CD) vezja, večja je vrednost razmerja stranic. Ob predpostavki, da je razmerje stranic 10 in širina 10 nm, mora biti višina luknje, izvrtane med postopkom jedkanja, 100 nm. Zato so za izdelke naslednje generacije, ki zahtevajo ultraminiaturizacijo (2D) ali visoko gostoto (3D), potrebne izjemno visoke vrednosti razmerja stranic, da se zagotovi, da lahko kationi med jedkanjem prodrejo v spodnji film.
Da bi dosegli tehnologijo ultra-miniaturizacije s kritično dimenzijo, manjšo od 10 nm v izdelkih 2D, je treba vrednost razmerja stranic kondenzatorja dinamičnega pomnilnika z naključnim dostopom (DRAM) vzdrževati nad 100. Podobno tudi bliskovni pomnilnik 3D NAND zahteva višje vrednosti razmerja stranic. za zlaganje 256 plasti ali več plasti zlaganja celic. Tudi če so izpolnjeni pogoji, potrebni za druge procese, zahtevanih izdelkov ni mogoče proizvesti, čepostopek jedkanjani v skladu s standardom. Zato je tehnologija jedkanja vedno bolj pomembna.
2. Pregled plazemskega jedkanja
Slika 2. Določanje izvornega plina plazme glede na vrsto filma
Pri uporabi votle cevi ožji kot je premer cevi, lažje vstopi tekočina, kar je tako imenovani kapilarni pojav. Če pa je treba izvrtati luknjo (zaprt konec) na izpostavljenem območju, postane vnos tekočine precej otežen. Ker je bila sredi 70. let kritična velikost vezja 3 um do 5 um, je suhojedkanicaje postopoma nadomestilo mokro jedkanje kot mainstream. To pomeni, da je kljub ionizaciji lažje prodreti v globoke luknje, ker je prostornina posamezne molekule manjša od molekule raztopine organskega polimera.
Med plazemskim jedkanjem je treba notranjost obdelovalne komore, ki se uporablja za jedkanje, nastaviti na stanje vakuuma, preden se vbrizga izvorni plin plazme, ki je primeren za ustrezno plast. Pri jedkanju trdnih oksidnih filmov je treba uporabiti močnejše izvorne pline na osnovi ogljikovega fluorida. Za razmeroma šibke silicijeve ali kovinske filme je treba uporabiti izvorne pline plazme na osnovi klora.
Torej, kako naj bosta vgravirana plast vrat in spodnja izolacijska plast iz silicijevega dioksida (SiO2)?
Najprej je treba za plast vrat odstraniti silicij s plazmo na osnovi klora (silicij + klor) s selektivnostjo jedkanja polisilicija. Za spodnjo izolacijsko plast je treba film silicijevega dioksida jedkati v dveh korakih z uporabo plina iz plazme na osnovi ogljikovega fluorida (silicijev dioksid + ogljikov tetrafluorid) z večjo selektivnostjo in učinkovitostjo jedkanja.
3. Postopek reaktivnega ionskega jedkanja (RIE ali fizikalno-kemijsko jedkanje).
Slika 3. Prednosti reaktivnega ionskega jedkanja (anizotropija in visoka stopnja jedkanja)
Plazma vsebuje izotropne proste radikale in anizotropne katione, kako torej izvaja anizotropno jedkanje?
Plazemsko suho jedkanje se v glavnem izvaja z reaktivnim ionskim jedkanjem (RIE, Reactive Ion Etching) ali aplikacijami, ki temeljijo na tej metodi. Jedro metode RIE je oslabiti vezno silo med ciljnimi molekulami v filmu z napadom na območje jedkanja z anizotropnimi kationi. Oslabljeno območje absorbirajo prosti radikali, skupaj z delci, ki sestavljajo plast, se pretvorijo v plin (hlapna spojina) in sprostijo.
Čeprav imajo prosti radikali izotropne lastnosti, molekule, ki tvorijo spodnjo površino (katerih vezavna sila je oslabljena zaradi napada kationov), prosti radikali lažje ujamejo in pretvorijo v nove spojine kot stranske stene z močno vezavno silo. Zato jedkanje navzdol postane mainstream. Ujeti delci postanejo plin s prostimi radikali, ki se pod delovanjem vakuuma desorbirajo in sprostijo s površine.
V tem času se kationi, pridobljeni s fizičnim delovanjem, in prosti radikali, pridobljeni s kemičnim delovanjem, združijo za fizično in kemično jedkanje, hitrost jedkanja (Etch Rate, stopnja jedkanja v določenem časovnem obdobju) pa se poveča za 10-krat. v primerjavi s primerom samo kationskega jedkanja ali jedkanja s prostimi radikali. Ta metoda ne more samo povečati hitrosti jedkanja anizotropnega jedkanja navzdol, ampak tudi rešiti problem ostankov polimera po jedkanju. Ta metoda se imenuje reaktivno ionsko jedkanje (RIE). Ključ do uspeha RIE jedkanja je najti izvor plazme plin, primeren za jedkanje filma. Opomba: Plazemsko jedkanje je jedkanje RIE in oboje je mogoče obravnavati kot isti koncept.
4. Etch Rate in Core Performance Index
Slika 4. Indeks učinkovitosti Core Etch v povezavi s hitrostjo jedkanja
Hitrost jedkanja se nanaša na globino filma, ki naj bi bila dosežena v eni minuti. Kaj torej pomeni, da se hitrost jedkanja razlikuje od dela do dela na eni rezini?
To pomeni, da se globina jedkanja razlikuje od dela do dela na rezini. Zaradi tega je zelo pomembno, da nastavite končno točko (EOP), kjer naj se jedkanje konča, ob upoštevanju povprečne hitrosti jedkanja in globine jedkanja. Tudi če je EOP nastavljen, še vedno obstajajo nekatera področja, kjer je globina jedkanja globlja (preveč jedkana) ali plitkejša (premalo jedkana), kot je bilo prvotno načrtovano. Vendar premajhno jedkanje povzroči več škode kot prekomerno jedkanje med jedkanjem. Ker bo v primeru podjedkanja podjedkani del oviral nadaljnje postopke, kot je ionska implantacija.
Medtem je selektivnost (merjena s hitrostjo jedkanja) ključni indikator učinkovitosti postopka jedkanja. Merilni standard temelji na primerjavi hitrosti jedkanja sloja maske (fotoupornega filma, oksidnega filma, filma silicijevega nitrida itd.) in ciljnega sloja. To pomeni, da višja ko je selektivnost, hitreje se ciljna plast jedka. Višja kot je stopnja miniaturizacije, višja je zahteva po selektivnosti, da se zagotovi popolna predstavitev finih vzorcev. Ker je smer jedkanja ravna, je selektivnost kationskega jedkanja nizka, medtem ko je selektivnost radikalnega jedkanja visoka, kar izboljša selektivnost RIE.
5. Postopek jedkanja
Slika 5. Postopek jedkanja
Najprej se rezina postavi v oksidacijsko peč s temperaturo, ki se vzdržuje med 800 in 1000 ℃, nato pa se na površini rezine s suho metodo oblikuje film silicijevega dioksida (SiO2) z visokimi izolacijskimi lastnostmi. Nato se začne postopek nanašanja, da se na oksidnem filmu oblikuje sloj silicija ali prevodna plast s kemičnim naparjevanjem (CVD)/fizičnim naparjevanjem (PVD). Če se oblikuje silicijeva plast, se lahko izvede postopek difuzije nečistoč, da se po potrebi poveča prevodnost. Med postopkom difuzije nečistoč se večkrat dodajo številne nečistoče.
V tem času je treba za jedkanje združiti izolirno plast in plast polisilikona. Najprej se uporabi fotorezist. Nato se maska namesti na film fotorezista in se izvede mokra osvetlitev s potopitvijo, da se na film fotorezista vtisne želeni vzorec (neviden s prostim očesom). Ko se z razvijanjem razkrije obris vzorca, se fotorezist na fotoobčutljivem območju odstrani. Nato se rezina, obdelana s postopkom fotolitografije, prenese v postopek jedkanja za suho jedkanje.
Suho jedkanje se v glavnem izvaja z reaktivnim ionskim jedkanjem (RIE), pri katerem se jedkanje ponavlja predvsem z zamenjavo izvornega plina, primernega za vsak film. Cilj tako suhega kot mokrega jedkanja je povečati razmerje stranic (vrednost A/R) jedkanja. Poleg tega je potrebno redno čiščenje, da se odstrani polimer, nakopičen na dnu luknje (razkorak, ki nastane z jedkanjem). Pomembna točka je, da je treba vse spremenljivke (kot so materiali, izvorni plin, čas, oblika in zaporedje) prilagoditi organsko, da se zagotovi, da lahko čistilna raztopina ali izvor plazemskega plina teče navzdol na dno jarka. Rahla sprememba spremenljivke zahteva ponoven izračun drugih spremenljivk in ta ponovni izračun se ponavlja, dokler ne doseže namena vsake stopnje. V zadnjem času so monoatomske plasti, kot so plasti nanosa atomskih plasti (ALD), postale tanjše in trše. Zato se tehnologija jedkanja usmerja k uporabi nizkih temperatur in tlakov. Postopek jedkanja je namenjen nadzoru kritične dimenzije (CD), da se ustvarijo fini vzorci in zagotovi, da se izognemo težavam, ki jih povzroča postopek jedkanja, zlasti premajhnemu jedkanju in težavam, povezanim z odstranjevanjem ostankov. Cilj zgornjih dveh člankov o jedkanju je bralcem zagotoviti razumevanje namena postopka jedkanja, ovir za doseganje zgornjih ciljev in kazalnikov uspešnosti, ki se uporabljajo za premagovanje takšnih ovir.
Čas objave: 10. septembra 2024