Erken ıslak aşındırma, temizleme veya külleme işlemlerinin gelişimini teşvik etti. Günümüzde plazma kullanılarak kuru aşındırma ana akım haline geldiaşındırma işlemi. Plazma elektronlardan, katyonlardan ve radikallerden oluşur. Plazmaya uygulanan enerji, nötr durumdaki kaynak gazın en dıştaki elektronlarının sıyrılmasına neden olur, böylece bu elektronlar katyonlara dönüştürülür.
Ek olarak moleküllerdeki kusurlu atomlar, elektriksel olarak nötr radikaller oluşturmak üzere enerji uygulanarak soyulabilir. Kuru aşındırma, katyonların anizotropik (belirli bir yönde aşındırma için uygun) ve radikallerin izotropik (her yönde aşındırma için uygun) olduğu, plazmayı oluşturan katyonları ve radikalleri kullanır. Radikallerin sayısı katyon sayısından çok daha fazladır. Bu durumda kuru aşındırma, ıslak aşındırma gibi izotropik olmalıdır.
Bununla birlikte, ultra minyatür devreleri mümkün kılan, kuru dağlamanın anizotropik dağlamasıdır. Bunun nedeni nedir? Ayrıca katyonların ve radikallerin aşındırma hızı çok yavaştır. Peki bu eksiklik karşısında plazma aşındırma yöntemlerini seri üretime nasıl uygulayabiliriz?
1. En Boy Oranı (A/R)
Şekil 1. En boy oranı kavramı ve teknolojik ilerlemenin buna etkisi
En Boy Oranı, yatay genişliğin dikey yüksekliğe oranıdır (yani yüksekliğin genişliğe bölümü). Devrenin kritik boyutu (CD) ne kadar küçük olursa, en boy oranı değeri o kadar büyük olur. Yani, en boy oranı değerinin 10 ve genişliğin 10 nm olduğu varsayıldığında, aşındırma işlemi sırasında açılan deliğin yüksekliği 100 nm olmalıdır. Bu nedenle, ultra minyatürleştirme (2D) veya yüksek yoğunluk (3D) gerektiren yeni nesil ürünlerde, aşındırma sırasında katyonların alt filme nüfuz etmesini sağlamak için son derece yüksek en boy oranı değerleri gerekir.
2D ürünlerde kritik boyutu 10 nm'nin altında olan ultra minyatürleştirme teknolojisine ulaşmak için dinamik rastgele erişim belleğinin (DRAM) kapasitör en boy oranı değerinin 100'ün üzerinde tutulması gerekir. Benzer şekilde 3D NAND flash bellek de daha yüksek en boy oranı değerleri gerektirir 256 katman veya daha fazla hücre istifleme katmanı istiflemek için. Diğer prosesler için gerekli koşullar sağlansa bile gerekli ürünler üretilemez.aşındırma işlemistandartlara uygun değil. Bu nedenle aşındırma teknolojisi giderek daha önemli hale geliyor.
2. Plazma aşındırmaya genel bakış
Şekil 2. Film tipine göre plazma kaynak gazının belirlenmesi
İçi boş bir boru kullanıldığında, boru çapı ne kadar dar olursa, kılcal olay olarak adlandırılan sıvının girişi o kadar kolay olur. Ancak açıkta kalan bölgeye delik (kapalı uç) açılacaksa sıvının girişi oldukça zorlaşır. Bu nedenle, 1970'lerin ortalarında devrenin kritik boyutu 3um ila 5um olduğundan, kurugravüryavaş yavaş ana akım olarak ıslak gravürün yerini aldı. Yani, iyonize olmasına rağmen derin deliklere nüfuz etmek daha kolaydır çünkü tek bir molekülün hacmi, organik polimer çözeltisi molekülününkinden daha küçüktür.
Plazma aşındırma sırasında, aşındırma için kullanılan işleme odasının iç kısmı, ilgili katmana uygun plazma kaynak gazının enjekte edilmesinden önce vakum durumuna ayarlanmalıdır. Katı oksit filmleri aşındırırken daha güçlü karbon florür bazlı kaynak gazlar kullanılmalıdır. Nispeten zayıf silikon veya metal filmler için klor bazlı plazma kaynaklı gazlar kullanılmalıdır.
Peki geçit katmanı ve alttaki silikon dioksit (SiO2) yalıtım katmanı nasıl aşındırılmalıdır?
İlk olarak, geçit katmanı için, polisilikon aşındırma seçiciliğine sahip klor bazlı bir plazma (silikon + klor) kullanılarak silikonun çıkarılması gerekir. Alt yalıtım katmanı için silikon dioksit filmi, daha güçlü aşındırma seçiciliği ve etkinliği olan karbon florür bazlı bir plazma kaynak gazı (silikon dioksit + karbon tetraflorür) kullanılarak iki adımda aşındırılmalıdır.
3. Reaktif iyon aşındırma (RIE veya fizikokimyasal aşındırma) işlemi
Şekil 3. Reaktif iyon aşındırma işleminin avantajları (anizotropi ve yüksek aşındırma oranı)
Plazma hem izotropik serbest radikalleri hem de anizotropik katyonları içerir, peki anizotropik dağlamayı nasıl gerçekleştirir?
Plazma kuru aşındırma esas olarak reaktif iyon aşındırma (RIE, Reaktif İyon Aşındırma) veya bu yönteme dayalı uygulamalarla gerçekleştirilir. RIE yönteminin özü, aşındırma alanına anizotropik katyonlarla saldırarak filmdeki hedef moleküller arasındaki bağlanma kuvvetini zayıflatmaktır. Zayıflamış alan serbest radikaller tarafından emilir, tabakayı oluşturan parçacıklarla birleşir, gaza (uçucu bir bileşik) dönüştürülür ve serbest bırakılır.
Serbest radikaller izotropik özelliklere sahip olmasına rağmen alt yüzeyi oluşturan (katyonların saldırısıyla bağlanma kuvveti zayıflayan) moleküller, güçlü bağlanma kuvvetine sahip yan duvarlara göre serbest radikaller tarafından daha kolay yakalanıp yeni bileşiklere dönüştürülür. Bu nedenle aşağı doğru aşındırma ana akım haline gelir. Yakalanan parçacıklar, vakum etkisi altında yüzeyden emilen ve serbest bırakılan serbest radikallerle gaz haline gelir.
Bu esnada fiziksel etki ile elde edilen katyonlar ve kimyasal etki ile elde edilen serbest radikaller, fiziksel ve kimyasal aşındırma için birleştirilir ve aşındırma hızı (Etch Rate, belirli bir süredeki aşındırma derecesi) 10 kat arttırılır. katyonik aşındırma veya tek başına serbest radikal aşındırma durumuyla karşılaştırıldığında. Bu yöntem yalnızca anizotropik aşağı doğru aşındırma işleminin hızını arttırmakla kalmaz, aynı zamanda aşındırma sonrasında polimer kalıntısı sorununu da çözer. Bu yönteme reaktif iyon aşındırma (RIE) adı verilir. RIE aşındırma işleminin başarısının anahtarı, filmi aşındırmaya uygun bir plazma kaynak gazı bulmaktır. Not: Plazma aşındırma, RIE aşındırmadır ve ikisi aynı kavram olarak kabul edilebilir.
4. Aşındırma Hızı ve Çekirdek Performans İndeksi
Şekil 4. Aşındırma Hızına İlişkin Çekirdek Aşındırma Performans Endeksi
Aşındırma hızı, bir dakika içinde ulaşılması beklenen filmin derinliğini ifade eder. Peki aşındırma oranının tek bir plaka üzerinde parçadan parçaya değişmesi ne anlama geliyor?
Bu, aşındırma derinliğinin levha üzerinde parçadan parçaya değiştiği anlamına gelir. Bu nedenle ortalama aşındırma hızı ve aşındırma derinliği dikkate alınarak aşındırmanın durması gereken bitiş noktasının (EOP) belirlenmesi çok önemlidir. EOP ayarlanmış olsa bile, aşındırma derinliğinin başlangıçta planlanandan daha derin (aşırı aşındırılmış) veya daha sığ (yetersiz aşındırılmış) olduğu bazı alanlar vardır. Ancak az aşındırma, aşındırma sırasında aşırı aşındırmaya göre daha fazla hasara neden olur. Çünkü yetersiz aşındırma durumunda, az aşındırılmış kısım iyon implantasyonu gibi daha sonraki işlemlere engel olacaktır.
Bu arada seçicilik (aşılama hızıyla ölçülür), aşındırma işleminin önemli bir performans göstergesidir. Ölçüm standardı, maske katmanının (fotorezist film, oksit film, silikon nitrür film vb.) ve hedef katmanın aşındırma hızının karşılaştırılmasına dayanmaktadır. Bu, seçicilik ne kadar yüksek olursa hedef katmanın o kadar hızlı aşındırılacağı anlamına gelir. Minyatürleştirme düzeyi ne kadar yüksek olursa, ince desenlerin mükemmel şekilde sunulabilmesini sağlamak için seçicilik gereksinimi de o kadar yüksek olur. Aşındırma yönü düz olduğundan katyonik aşındırmanın seçiciliği düşük, radikal aşındırmanın seçiciliği yüksektir, bu da RIE'nin seçiciliğini artırır.
5. Dağlama işlemi
Şekil 5. Dağlama işlemi
Öncelikle levha, sıcaklığı 800 ila 1000°C arasında tutulan bir oksidasyon fırınına yerleştirilir ve ardından kuru yöntemle levhanın yüzeyinde yüksek yalıtım özelliklerine sahip bir silikon dioksit (SiO2) filmi oluşturulur. Daha sonra, kimyasal buhar biriktirme (CVD)/fiziksel buhar biriktirme (PVD) yoluyla oksit film üzerinde bir silikon katman veya iletken bir katman oluşturmak için biriktirme işlemine girilir. Eğer silikon tabaka oluşmuşsa gerekirse iletkenliği arttırmak için safsızlık difüzyon işlemi yapılabilir. Safsızlık difüzyon prosesi sırasında birden fazla safsızlık sıklıkla tekrar tekrar eklenir.
Bu sırada, aşındırma için yalıtım katmanı ile polisilikon katmanın birleştirilmesi gerekir. İlk önce bir fotorezist kullanılır. Daha sonra, fotorezist filmin üzerine bir maske yerleştirilir ve istenen desenin (çıplak gözle görülemeyen) fotorezist film üzerine basılması için daldırma yoluyla ıslak pozlama gerçekleştirilir. Desen taslağı geliştirme yoluyla ortaya çıkarıldığında, ışığa duyarlı alandaki foto direnç kaldırılır. Daha sonra fotolitografi işlemine tabi tutulan levha, kuru aşındırma için aşındırma işlemine aktarılır.
Kuru aşındırma esas olarak reaktif iyon aşındırma (RIE) yoluyla gerçekleştirilir; burada aşındırma esas olarak her film için uygun kaynak gazın değiştirilmesiyle tekrarlanır. Hem kuru aşındırma hem de ıslak aşındırma, aşındırmanın en boy oranını (A/R değeri) arttırmayı amaçlar. Ayrıca deliğin dibinde (aşılama ile oluşan boşluk) biriken polimerin uzaklaştırılması için düzenli temizlik yapılması gerekmektedir. Önemli olan nokta, temizleme solüsyonunun veya plazma kaynak gazının hendek tabanına kadar akabilmesini sağlamak için tüm değişkenlerin (malzemeler, kaynak gaz, zaman, biçim ve sıra gibi) organik olarak ayarlanması gerektiğidir. Bir değişkende meydana gelen ufak bir değişiklik, diğer değişkenlerin yeniden hesaplanmasını gerektirir ve bu yeniden hesaplama işlemi, her aşamanın amacına ulaşıncaya kadar tekrarlanır. Son zamanlarda atomik katman biriktirme (ALD) katmanları gibi monoatomik katmanlar daha ince ve daha sert hale geldi. Bu nedenle aşındırma teknolojisi, düşük sıcaklık ve basınç kullanımına doğru ilerlemektedir. Aşındırma işlemi, ince desenler üretmek için kritik boyutu (CD) kontrol etmeyi ve aşındırma işleminden kaynaklanan sorunların, özellikle de az aşındırma ve kalıntı gidermeyle ilgili sorunların önlenmesini sağlamayı amaçlar. Aşındırmayla ilgili yukarıdaki iki makale, okuyuculara aşındırma işleminin amacı, yukarıdaki hedeflere ulaşmanın önündeki engeller ve bu engellerin üstesinden gelmek için kullanılan performans göstergeleri hakkında bir anlayış sağlamayı amaçlamaktadır.
Gönderim zamanı: Eylül-10-2024