Vroeë nat ets het die ontwikkeling van skoonmaak- of asprosesse bevorder. Vandag het droë ets met behulp van plasma die hoofstroom geword.etsprosesPlasma bestaan uit elektrone, katione en radikale. Die energie wat op die plasma toegepas word, veroorsaak dat die buitenste elektrone van die brongas in 'n neutrale toestand afgestroop word, waardeur hierdie elektrone in katione omgeskakel word.
Daarbenewens kan onvolmaakte atome in molekules gestroop word deur energie toe te pas om elektries neutrale radikale te vorm. Droë etsing gebruik katione en radikale wat plasma uitmaak, waar katione anisotropies is (geskik vir etsing in 'n sekere rigting) en radikale isotropies is (geskik vir etsing in alle rigtings). Die aantal radikale is veel groter as die aantal katione. In hierdie geval moet droë etsing isotropies wees soos nat etsing.
Dit is egter die anisotropiese etsing van droë etsing wat ultra-geminiaturiseerde stroombane moontlik maak. Wat is die rede hiervoor? Boonop is die etspoed van katione en radikale baie stadig. So hoe kan ons plasma-etsmetodes op massaproduksie toepas in die lig van hierdie tekortkoming?
1. Aspekverhouding (A/R)
Figuur 1. Die konsep van aspekverhouding en die impak van tegnologiese vooruitgang daarop
Aspekverhouding is die verhouding van horisontale breedte tot vertikale hoogte (d.w.s. hoogte gedeel deur breedte). Hoe kleiner die kritieke dimensie (CD) van die stroombaan, hoe groter die aspekverhoudingwaarde. Dit wil sê, as 'n aspekverhoudingwaarde van 10 en 'n breedte van 10 nm aangeneem word, moet die hoogte van die gat wat tydens die etsproses geboor word, 100 nm wees. Daarom, vir volgende-generasie produkte wat ultra-miniaturisering (2D) of hoë digtheid (3D) benodig, is uiters hoë aspekverhoudingwaardes nodig om te verseker dat katione die onderste film tydens etsing kan binnedring.
Om ultra-miniaturiseringstegnologie met 'n kritieke dimensie van minder as 10 nm in 2D-produkte te bereik, moet die kapasitor-aspekverhoudingwaarde van dinamiese ewetoeganggeheue (DRAM) bo 100 gehandhaaf word. Net so vereis 3D NAND-flitsgeheue ook hoër aspekverhoudingwaardes om 256 lae of meer selstapeellae te stapel. Selfs al word aan die voorwaardes wat vir ander prosesse vereis word, voldoen, kan die vereiste produkte nie geproduseer word as dieetsprosesis nie op standaard nie. Daarom word etstegnologie toenemend belangrik.
2. Oorsig van plasma-etsing
Figuur 2. Bepaling van plasmabrongas volgens filmtipe
Wanneer 'n hol pyp gebruik word, hoe nouer die pypdiameter, hoe makliker is dit vir vloeistof om in te dring, wat die sogenaamde kapillêre verskynsel is. As 'n gat (geslote punt) egter in die blootgestelde area geboor moet word, word die invoer van die vloeistof nogal moeilik. Aangesien die kritieke grootte van die stroombaan in die middel-1970's 3um tot 5um was, is droëetshet nat etsing geleidelik as die hoofstroom vervang. Dit wil sê, alhoewel dit geïoniseerd is, is dit makliker om diep gate te penetreer omdat die volume van 'n enkele molekule kleiner is as dié van 'n organiese polimeeroplossingsmolekule.
Tydens plasma-etsing moet die binnekant van die verwerkingskamer wat vir etsing gebruik word, na 'n vakuumtoestand aangepas word voordat die plasmabrongas wat geskik is vir die betrokke laag ingespuit word. Wanneer vaste oksiedfilms geëts word, moet sterker koolstoffluoried-gebaseerde brongasse gebruik word. Vir relatief swak silikon- of metaalfilms moet chloor-gebaseerde plasmabrongasse gebruik word.
So, hoe moet die heklaag en die onderliggende silikondioksied (SiO2) isolerende laag geëts word?
Eerstens, vir die heklaag, moet silikon verwyder word met behulp van 'n chloor-gebaseerde plasma (silikon + chloor) met polisilikoon-etsselektiwiteit. Vir die onderste isolerende laag moet die silikondioksiedfilm in twee stappe geëts word met behulp van 'n koolstoffluoried-gebaseerde plasmabrongas (silikondioksied + koolstoftetrafluoried) met sterker etselektiwiteit en effektiwiteit.
3. Reaktiewe ioon-etsproses (RIE of fisies-chemiese ets)
Figuur 3. Voordele van reaktiewe ioon-etsing (anisotropie en hoë etstempo)
Plasma bevat beide isotropiese vrye radikale en anisotropiese katione, so hoe voer dit anisotropiese etsing uit?
Plasma-droë-etsing word hoofsaaklik uitgevoer deur reaktiewe ioon-etsing (RIE, Reactive Ion Etching) of toepassings gebaseer op hierdie metode. Die kern van die RIE-metode is om die bindingskrag tussen teikenmolekules in die film te verswak deur die etsarea met anisotropiese katione aan te val. Die verswakte area word geabsorbeer deur vrye radikale, gekombineer met die deeltjies wat die laag uitmaak, omgeskakel in gas (’n vlugtige verbinding) en vrygestel.
Alhoewel vrye radikale isotropiese eienskappe het, word molekules wat die onderste oppervlak uitmaak (waarvan die bindingskrag verswak word deur die aanval van katione) makliker deur vrye radikale vasgevang en omgeskakel in nuwe verbindings as sywande met 'n sterk bindingskrag. Daarom word afwaartse etsing die hoofstroom. Die vasgelegde deeltjies word gas met vrye radikale, wat gedesorbeer en van die oppervlak vrygestel word onder die werking van vakuum.
Op hierdie tydstip word die katione wat deur fisiese werking verkry word en die vrye radikale wat deur chemiese werking verkry word, gekombineer vir fisiese en chemiese etsing, en die etstempo (Etstempo, die mate van etsing in 'n sekere tydperk) word met 10 keer verhoog in vergelyking met die geval van kationiese etsing of vrye radikaal etsing alleen. Hierdie metode kan nie net die etstempo van anisotropiese afwaartse etsing verhoog nie, maar ook die probleem van polimeerresidu na etsing oplos. Hierdie metode word reaktiewe ioonetsing (RIE) genoem. Die sleutel tot die sukses van RIE-etsing is om 'n plasmabrongas te vind wat geskik is vir die etsing van die film. Let wel: Plasma-etsing is RIE-etsing, en die twee kan as dieselfde konsep beskou word.
4. Etskoers en kernprestasie-indeks
Figuur 4. Kern-etsprestasie-indeks verwant aan etstempo
Etstempo verwys na die diepte van die film wat na verwagting binne een minuut bereik sal word. So, wat beteken dit dat die etstempo van onderdeel tot onderdeel op 'n enkele wafer verskil?
Dit beteken dat die etsdiepte van onderdeel tot onderdeel op die wafer verskil. Om hierdie rede is dit baie belangrik om die eindpunt (EOP) waar etsing moet stop, in te stel deur die gemiddelde etstempo en etsdiepte in ag te neem. Selfs al is die EOP ingestel, is daar steeds areas waar die etsdiepte dieper (oor-etste) of vlakker (onder-etste) is as oorspronklik beplan. Onder-etsing veroorsaak egter meer skade as oor-etsing tydens etsing. Want in die geval van onder-etsing sal die onder-etste onderdeel daaropvolgende prosesse soos iooninplanting belemmer.
Intussen is selektiwiteit (gemeet deur etssnelheid) 'n sleutelprestasie-aanwyser van die etsproses. Die meetstandaard is gebaseer op die vergelyking van die etssnelheid van die maskerlaag (fotoresistfilm, oksiedfilm, silikonnitriedfilm, ens.) en die teikenlaag. Dit beteken dat hoe hoër die selektiwiteit, hoe vinniger word die teikenlaag geëts. Hoe hoër die vlak van miniaturisering, hoe hoër is die selektiwiteitsvereiste om te verseker dat fyn patrone perfek aangebied kan word. Aangesien die etsrigting reguit is, is die selektiwiteit van kationiese etsing laag, terwyl die selektiwiteit van radikale etsing hoog is, wat die selektiwiteit van RIE verbeter.
5. Etsproses
Figuur 5. Etsproses
Eers word die wafer in 'n oksidasie-oond geplaas met 'n temperatuur wat tussen 800 en 1000 ℃ gehandhaaf word, en dan word 'n silikondioksied (SiO2) film met hoë isolasie-eienskappe op die oppervlak van die wafer gevorm deur 'n droë metode. Vervolgens word die afsettingsproses begin om 'n silikonlaag of 'n geleidende laag op die oksiedfilm te vorm deur chemiese dampafsetting (CVD)/fisiese dampafsetting (PVD). Indien 'n silikonlaag gevorm word, kan 'n onsuiwerheidsdiffusieproses uitgevoer word om die geleidingsvermoë te verhoog indien nodig. Tydens die onsuiwerheidsdiffusieproses word verskeie onsuiwerhede dikwels herhaaldelik bygevoeg.
Op hierdie tydstip moet die isolerende laag en die polisilikoonlaag gekombineer word vir etsing. Eers word 'n fotoresist gebruik. Daarna word 'n masker op die fotoresistfilm geplaas en nat blootstelling word uitgevoer deur onderdompeling om die verlangde patroon (onsigbaar vir die blote oog) op die fotoresistfilm af te druk. Wanneer die patroonomtrek deur ontwikkeling geopenbaar word, word die fotoresist in die fotosensitiewe area verwyder. Dan word die wafer wat deur die fotolitografieproses verwerk is, oorgedra na die etsproses vir droë etsing.
Droë etsing word hoofsaaklik uitgevoer deur reaktiewe ioon-etsing (RIE), waarin etsing herhaal word deur hoofsaaklik die brongas te vervang wat geskik is vir elke film. Beide droë etsing en nat etsing is daarop gemik om die aspekverhouding (A/R-waarde) van etsing te verhoog. Daarbenewens is gereelde skoonmaak nodig om die polimeer wat onder in die gat opgehoop het (die gaping wat deur etsing gevorm word) te verwyder. Die belangrike punt is dat alle veranderlikes (soos materiale, brongas, tyd, vorm en volgorde) organies aangepas moet word om te verseker dat die skoonmaakoplossing of plasmabrongas na die bodem van die sloot kan vloei. 'n Effense verandering in 'n veranderlike vereis herberekening van ander veranderlikes, en hierdie herberekeningsproses word herhaal totdat dit aan die doel van elke stadium voldoen. Onlangs het monoatomiese lae soos atoomlaagafsettingslae (ALD) dunner en harder geword. Daarom beweeg etstegnologie na die gebruik van lae temperature en druk. Die etsproses is daarop gemik om die kritieke dimensie (CD) te beheer om fyn patrone te produseer en te verseker dat probleme wat deur die etsproses veroorsaak word, vermy word, veral onder-etsing en probleme wat verband hou met residuverwydering. Die bogenoemde twee artikels oor etswerk is daarop gemik om lesers 'n begrip te gee van die doel van die etsproses, die struikelblokke om die bogenoemde doelwitte te bereik, en die prestasie-aanwysers wat gebruik word om sulke struikelblokke te oorkom.
Plasingstyd: 10 September 2024