Ang maagang basa na pag-ukit ay nagsulong ng pagbuo ng mga proseso ng paglilinis o pag-abo. Ngayon, ang dry etching gamit ang plasma ay naging mainstreamproseso ng pag-ukit. Ang plasma ay binubuo ng mga electron, cation at radical. Ang enerhiya na inilapat sa plasma ay nagiging sanhi ng pinakamalawak na mga electron ng pinagmumulan ng gas sa isang neutral na estado upang maalis, at sa gayon ay ginagawang mga kasyon ang mga electron na ito.
Bilang karagdagan, ang mga di-perpektong atomo sa mga molekula ay maaaring alisin sa pamamagitan ng paglalapat ng enerhiya upang bumuo ng mga neutral na radikal na elektrikal. Ang dry etching ay gumagamit ng mga cation at radical na bumubuo sa plasma, kung saan ang mga cation ay anisotropic (angkop para sa pag-ukit sa isang tiyak na direksyon) at ang mga radical ay isotropic (angkop para sa pag-ukit sa lahat ng direksyon). Ang bilang ng mga radical ay mas malaki kaysa sa bilang ng mga cation. Sa kasong ito, ang dry etching ay dapat na isotropic tulad ng wet etching.
Gayunpaman, ito ay ang anisotropic etching ng dry etching na ginagawang posible ang mga ultra-miniaturized circuit. Ano ang dahilan nito? Bilang karagdagan, ang bilis ng pag-ukit ng mga cation at radical ay napakabagal. Kaya paano natin mailalapat ang mga pamamaraan ng plasma etching sa mass production sa harap ng pagkukulang na ito?
1. Aspect Ratio (A/R)
Figure 1. Ang konsepto ng aspect ratio at ang epekto ng pag-unlad ng teknolohiya dito
Ang Aspect Ratio ay ang ratio ng pahalang na lapad sa patayong taas (ibig sabihin, taas na hinati sa lapad). Kung mas maliit ang kritikal na dimensyon (CD) ng circuit, mas malaki ang halaga ng aspect ratio. Iyon ay, kung ipagpalagay na ang isang aspect ratio na halaga ng 10 at isang lapad ng 10nm, ang taas ng butas na drilled sa panahon ng proseso ng pag-ukit ay dapat na 100nm. Samakatuwid, para sa mga susunod na henerasyong produkto na nangangailangan ng ultra-miniaturization (2D) o high density (3D), ang mga halaga ng napakataas na aspect ratio ay kinakailangan upang matiyak na ang mga cation ay maaaring tumagos sa ilalim na pelikula sa panahon ng pag-ukit.
Upang makamit ang ultra-miniaturization na teknolohiya na may kritikal na dimensyon na mas mababa sa 10nm sa mga 2D na produkto, ang capacitor aspect ratio value ng dynamic random access memory (DRAM) ay dapat panatilihing higit sa 100. Katulad nito, ang 3D NAND flash memory ay nangangailangan din ng mas mataas na aspect ratio value Upang mag-stack ng 256 na layer o higit pa sa mga cell stacking layer. Kahit na ang mga kondisyon na kinakailangan para sa iba pang mga proseso ay natutugunan, ang mga kinakailangang produkto ay hindi maaaring gawin kung angproseso ng pag-ukitay hindi umabot sa pamantayan. Ito ang dahilan kung bakit ang teknolohiya ng pag-ukit ay nagiging lalong mahalaga.
2. Pangkalahatang-ideya ng plasma etching
Figure 2. Pagtukoy ng plasma source gas ayon sa uri ng pelikula
Kapag ginamit ang isang guwang na tubo, mas makitid ang diameter ng tubo, mas madaling makapasok ang likido, na tinatawag na capillary phenomenon. Gayunpaman, kung ang isang butas (sarado na dulo) ay gagawin sa nakalantad na lugar, ang pagpasok ng likido ay nagiging mahirap. Samakatuwid, dahil ang kritikal na sukat ng circuit ay 3um hanggang 5um noong kalagitnaan ng 1970s, tuyopag-ukitay unti-unting pinalitan ang basang pag-ukit bilang pangunahing. Iyon ay, bagaman naka-ionize, mas madaling tumagos sa malalim na mga butas dahil ang dami ng isang molekula ay mas maliit kaysa sa isang molekula ng organic na polymer solution.
Sa panahon ng pag-ukit ng plasma, ang loob ng processing chamber na ginagamit para sa pag-ukit ay dapat na iakma sa isang vacuum state bago mag-inject ng plasma source gas na angkop para sa nauugnay na layer. Kapag nag-etching ng solid oxide films, dapat gumamit ng mas malakas na carbon fluoride-based na source gas. Para sa medyo mahina na silicon o metal na mga pelikula, dapat gamitin ang chlorine-based na plasma source gas.
Kaya, paano dapat maukit ang layer ng gate at ang pinagbabatayan na layer ng insulating ng silicon dioxide (SiO2)?
Una, para sa layer ng gate, dapat alisin ang silicon gamit ang chlorine-based plasma (silicon + chlorine) na may polysilicon etching selectivity. Para sa ilalim na layer ng insulating, ang silicon dioxide film ay dapat na ukit sa dalawang hakbang gamit ang carbon fluoride-based na plasma source gas (silicon dioxide + carbon tetrafluoride) na may mas malakas na etching selectivity at effectiveness.
3. Proseso ng reactive ion etching (RIE o physicochemical etching).
Figure 3. Mga kalamangan ng reactive ion etching (anisotropy at mataas na etching rate)
Ang plasma ay naglalaman ng parehong isotropic free radicals at anisotropic cations, kaya paano ito gumaganap ng anisotropic etching?
Pangunahing ginagawa ang plasma dry etching sa pamamagitan ng reactive ion etching (RIE, Reactive Ion Etching) o mga aplikasyon batay sa pamamaraang ito. Ang ubod ng pamamaraan ng RIE ay upang pahinain ang puwersang nagbubuklod sa pagitan ng mga target na molekula sa pelikula sa pamamagitan ng pag-atake sa lugar ng pag-ukit na may mga anisotropic cations. Ang humihinang lugar ay hinihigop ng mga libreng radikal, na sinamahan ng mga particle na bumubuo sa layer, na-convert sa gas (isang pabagu-bagong compound) at pinakawalan.
Bagaman ang mga libreng radikal ay may isotropic na mga katangian, ang mga molekula na bumubuo sa ilalim na ibabaw (na ang puwersang nagbubuklod ay humina sa pamamagitan ng pag-atake ng mga cation) ay mas madaling makuha ng mga libreng radikal at na-convert sa mga bagong compound kaysa sa mga dingding sa gilid na may malakas na puwersang nagbubuklod. Samakatuwid, ang pababang pag-ukit ay nagiging mainstream. Ang nahuli na mga particle ay nagiging gas na may mga libreng radical, na na-desorbed at inilabas mula sa ibabaw sa ilalim ng pagkilos ng vacuum.
Sa oras na ito, ang mga cation na nakuha sa pamamagitan ng pisikal na pagkilos at ang mga libreng radical na nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng kemikal ay pinagsama para sa pisikal at kemikal na pag-ukit, at ang rate ng pag-ukit (Etch Rate, ang antas ng pag-ukit sa isang tiyak na tagal ng panahon) ay nadagdagan ng 10 beses kumpara sa kaso ng cationic etching o free radical etching lamang. Ang pamamaraang ito ay hindi lamang maaaring tumaas ang rate ng pag-ukit ng anisotropic pababang ukit, ngunit malutas din ang problema ng nalalabi ng polimer pagkatapos ng pag-ukit. Ang pamamaraang ito ay tinatawag na reactive ion etching (RIE). Ang susi sa tagumpay ng RIE etching ay ang paghahanap ng plasma source gas na angkop para sa pag-ukit ng pelikula. Tandaan: Ang plasma etching ay RIE etching, at ang dalawa ay maaaring ituring na parehong konsepto.
4. Etch Rate at Core Performance Index
Figure 4. Core Etch Performance Index na nauugnay sa Etch Rate
Ang etch rate ay tumutukoy sa lalim ng pelikula na inaasahang maabot sa loob ng isang minuto. Kaya ano ang ibig sabihin na ang rate ng pag-ukit ay nag-iiba mula sa bahagi hanggang sa bahagi sa isang ostiya?
Nangangahulugan ito na ang lalim ng etch ay nag-iiba mula sa bahagi hanggang sa bahagi sa wafer. Para sa kadahilanang ito, napakahalagang itakda ang end point (EOP) kung saan dapat huminto ang pag-ukit sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa average na rate ng etch at lalim ng etch. Kahit na nakatakda ang EOP, mayroon pa ring ilang lugar kung saan ang lalim ng etch ay mas malalim (over-etched) o mas mababaw (under-etched) kaysa sa orihinal na plano. Gayunpaman, ang under-etching ay nagdudulot ng mas maraming pinsala kaysa sa over-etching sa panahon ng etching. Dahil sa kaso ng under-etching, ang under-etched na bahagi ay hahadlang sa mga susunod na proseso tulad ng ion implantation.
Samantala, ang selectivity (sinusukat ng etch rate) ay isang pangunahing tagapagpahiwatig ng pagganap ng proseso ng pag-ukit. Ang pamantayan sa pagsukat ay batay sa paghahambing ng rate ng pag-ukit ng layer ng maskara (photoresist film, oxide film, silicon nitride film, atbp.) at ang target na layer. Nangangahulugan ito na kung mas mataas ang selectivity, mas mabilis na nakaukit ang target na layer. Kung mas mataas ang antas ng miniaturization, mas mataas ang kinakailangan sa pagpili upang matiyak na maipapakita nang perpekto ang mga magagandang pattern. Dahil tuwid ang direksyon ng pag-ukit, mababa ang selectivity ng cationic etching, habang mataas ang selectivity ng radical etching, na nagpapabuti sa selectivity ng RIE.
5. Proseso ng pag-ukit
Larawan 5. Proseso ng pag-ukit
Una, ang wafer ay inilalagay sa isang oxidation furnace na may temperatura na pinananatili sa pagitan ng 800 at 1000 ℃, at pagkatapos ay isang silicon dioxide (SiO2) film na may mataas na mga katangian ng pagkakabukod ay nabuo sa ibabaw ng wafer sa pamamagitan ng isang tuyo na paraan. Susunod, ang proseso ng deposition ay ipinasok upang bumuo ng isang silicon layer o isang conductive layer sa oxide film sa pamamagitan ng chemical vapor deposition (CVD)/physical vapor deposition (PVD). Kung ang isang silikon na layer ay nabuo, ang isang proseso ng pagsasabog ng karumihan ay maaaring isagawa upang mapataas ang kondaktibiti kung kinakailangan. Sa panahon ng proseso ng pagsasabog ng karumihan, madalas na paulit-ulit na idinadagdag ang maraming dumi.
Sa oras na ito, ang insulating layer at ang polysilicon layer ay dapat pagsamahin para sa etching. Una, ginagamit ang isang photoresist. Kasunod nito, ang isang maskara ay inilalagay sa photoresist film at ang wet exposure ay ginagawa sa pamamagitan ng paglulubog upang itatak ang nais na pattern (invisible sa mata) sa photoresist film. Kapag ang balangkas ng pattern ay nahayag sa pamamagitan ng pag-unlad, ang photoresist sa photosensitive na lugar ay aalisin. Pagkatapos, ang ostiya na naproseso ng proseso ng photolithography ay inililipat sa proseso ng pag-ukit para sa dry etching.
Pangunahing isinasagawa ang dry etching sa pamamagitan ng reactive ion etching (RIE), kung saan inuulit ang pag-ukit pangunahin sa pamamagitan ng pagpapalit ng source gas na angkop para sa bawat pelikula. Ang parehong dry etching at wet etching ay naglalayong taasan ang aspect ratio (A/R value) ng etching. Bilang karagdagan, ang regular na paglilinis ay kinakailangan upang alisin ang polimer na naipon sa ilalim ng butas (ang puwang na nabuo sa pamamagitan ng pag-ukit). Ang mahalagang punto ay ang lahat ng mga variable (tulad ng mga materyales, pinagmumulan ng gas, oras, anyo at pagkakasunud-sunod) ay dapat na ayusin nang organiko upang matiyak na ang solusyon sa paglilinis o pinagmumulan ng gas ng plasma ay maaaring dumaloy pababa sa ilalim ng trench. Ang isang bahagyang pagbabago sa isang variable ay nangangailangan ng muling pagkalkula ng iba pang mga variable, at ang proseso ng muling pagkalkula ay paulit-ulit hanggang sa matugunan nito ang layunin ng bawat yugto. Kamakailan, ang mga monoatomic na layer tulad ng atomic layer deposition (ALD) na mga layer ay naging manipis at mas matigas. Samakatuwid, ang teknolohiya ng pag-ukit ay lumilipat patungo sa paggamit ng mababang temperatura at presyon. Ang proseso ng pag-ukit ay naglalayong kontrolin ang kritikal na dimensyon (CD) upang makabuo ng magagandang pattern at matiyak na ang mga problemang dulot ng proseso ng pag-ukit ay maiiwasan, lalo na ang under-etching at mga problemang nauugnay sa pag-alis ng nalalabi. Ang dalawang artikulo sa itaas tungkol sa pag-ukit ay naglalayong bigyan ang mga mambabasa ng pag-unawa sa layunin ng proseso ng pag-ukit, ang mga hadlang sa pagkamit ng mga layunin sa itaas, at ang mga tagapagpahiwatig ng pagganap na ginamit upang mapagtagumpayan ang gayong mga hadlang.
Oras ng post: Set-10-2024