Ранното мокро ецване е насърчило развитието на процеси на почистване или опепеляване. Днес сухото ецване с помощта на плазма се е превърнало в масов метод.процес на ецванеПлазмата се състои от електрони, катиони и радикали. Енергията, приложена към плазмата, води до отделяне на най-външните електрони от изходния газ в неутрално състояние, като по този начин тези електрони се превръщат в катиони.
Освен това, несъвършените атоми в молекулите могат да бъдат отстранени чрез прилагане на енергия, за да се образуват електрически неутрални радикали. Сухото ецване използва катиони и радикали, които изграждат плазмата, където катионите са анизотропни (подходящи за ецване в определена посока), а радикалите са изотропни (подходящи за ецване във всички посоки). Броят на радикалите е много по-голям от броя на катионите. В този случай сухото ецване трябва да бъде изотропно, подобно на мокрото ецване.
Въпреки това, именно анизотропното ецване чрез сухо ецване прави възможни ултраминиатюрните схеми. Каква е причината за това? Освен това, скоростта на ецване на катионите и радикалите е много бавна. И така, как можем да приложим методите на плазмено ецване в масово производство, предвид този недостатък?
1. Съотношение на страните (A/R)
Фигура 1. Концепцията за съотношението на страните и влиянието на технологичния прогрес върху нея
Съотношението на страните е съотношението на хоризонталната ширина към вертикалната височина (т.е. височината, разделена на ширината). Колкото по-малък е критичният размер (CD) на веригата, толкова по-голяма е стойността на съотношението на страните. Тоест, ако приемем стойност на съотношението на страните от 10 и ширина от 10 nm, височината на отвора, пробит по време на процеса на ецване, трябва да бъде 100 nm. Следователно, за продукти от следващо поколение, които изискват ултраминиатюризация (2D) или висока плътност (3D), са необходими изключително високи стойности на съотношението на страните, за да се гарантира, че катионите могат да проникнат в долния филм по време на ецването.
За да се постигне ултраминиатюризационна технология с критичен размер по-малък от 10 nm в 2D продуктите, стойността на съотношението на страните на кондензатора на динамичната памет с произволен достъп (DRAM) трябва да се поддържа над 100. По подобен начин, 3D NAND флаш паметта също изисква по-високи стойности на съотношението на страните, за да се подредят 256 или повече слоя за подреждане на клетки. Дори ако са изпълнени условията, необходими за другите процеси, необходимите продукти не могат да бъдат произведени, ако...процес на ецванене е на ниво. Ето защо технологията на ецване става все по-важна.
2. Общ преглед на плазменото ецване
Фигура 2. Определяне на плазмения източник на газ според вида на филма
Когато се използва куха тръба, колкото по-тесен е диаметърът ѝ, толкова по-лесно е за навлизане на течност, което е така нареченият капилярен феномен. Ако обаче се пробие отвор (затворен край) в откритата зона, въвеждането на течността става доста трудно. Следователно, тъй като критичният размер на веригата е бил от 3 μm до 5 μm в средата на 70-те години на миналия век, сухите...офортпостепенно е заменило мокрото ецване като основен метод. Тоест, макар и йонизирано, е по-лесно да се проникне в дълбоки отвори, защото обемът на единична молекула е по-малък от този на молекула в разтвор на органичен полимер.
По време на плазменото ецване, вътрешността на обработващата камера, използвана за ецване, трябва да се настрои на вакуумно състояние, преди да се инжектира плазменият източник, подходящ за съответния слой. При ецване на твърди оксидни филми трябва да се използват по-силни плазмени източници на базата на въглероден флуорид. За относително слаби силициеви или метални филми трябва да се използват плазмени източници на базата на хлор.
И така, как трябва да се ецват гейтовият слой и подлежащият изолационен слой от силициев диоксид (SiO2)?
Първо, за гейтовия слой, силицийът трябва да се отстрани с помощта на плазма на базата на хлор (силиций + хлор) със селективност на ецване на полисилиций. За долния изолационен слой, филмът от силициев диоксид трябва да се ецва на два етапа, като се използва плазмен газ на базата на въглероден флуорид (силициев диоксид + въглероден тетрафлуорид) с по-силна селективност и ефективност на ецване.
3. Процес на реактивно йонно ецване (RIE или физикохимично ецване)
Фигура 3. Предимства на реактивното йонно ецване (анизотропия и висока скорост на ецване)
Плазмата съдържа както изотропни свободни радикали, така и анизотропни катиони, така че как извършва анизотропно ецване?
Плазменото сухо ецване се извършва главно чрез реактивно йонно ецване (RIE, Reactive Ion Etching) или приложения, базирани на този метод. Същността на RIE метода е да отслаби силата на свързване между целевите молекули във филма чрез атакуване на зоната на ецване с анизотропни катиони. Отслабената зона се абсорбира от свободните радикали, комбинира се с частиците, които изграждат слоя, превръща се в газ (летливо съединение) и се освобождава.
Въпреки че свободните радикали имат изотропни характеристики, молекулите, които изграждат долната повърхност (чиято сила на свързване е отслабена от атаката на катионите), се улавят по-лесно от свободните радикали и се превръщат в нови съединения, отколкото страничните стени със силна сила на свързване. Следователно, ецването надолу се превръща в основен поток. Заловените частици се превръщат в газ със свободни радикали, които се десорбират и освобождават от повърхността под действието на вакуум.
В този случай катионите, получени чрез физическо действие, и свободните радикали, получени чрез химическо действие, се комбинират за физическо и химическо ецване, а скоростта на ецване (скорост на ецване, степен на ецване за определен период от време) се увеличава 10 пъти в сравнение със случая на катионно ецване или ецване със свободни радикали. Този метод може не само да увеличи скоростта на ецване при анизотропно низходящо ецване, но и да реши проблема с полимерните остатъци след ецване. Този метод се нарича реактивно йонно ецване (RIE). Ключът към успеха на RIE ецването е да се намери плазмен източник на газ, подходящ за ецване на филма. Забележка: Плазменото ецване е RIE ецване и двете могат да се разглеждат като едно и също понятие.
4. Скорост на ецване и индекс на производителност на ядрото
Фигура 4. Индекс на производителност на ецване на ядрото, свързан със скоростта на ецване
Скоростта на ецване се отнася до дълбочината на филма, която се очаква да бъде достигната за една минута. И така, какво означава, че скоростта на ецване варира от част до част на една пластина?
Това означава, че дълбочината на ецване варира от част до част върху пластината. Поради тази причина е много важно да се зададе крайната точка (EOP), където ецването трябва да спре, като се вземе предвид средната скорост на ецване и дълбочината на ецване. Дори ако EOP е зададена, все още има някои области, където дълбочината на ецване е по-дълбока (преецване) или по-плитка (недоецване) от първоначално планираната. Недостатъчното ецване обаче причинява повече щети от прекомерното ецване по време на ецване. Защото в случай на недоецване, недоецваната част ще възпрепятства последващи процеси, като например йонна имплантация.
Междувременно, селективността (измерена чрез скоростта на ецване) е ключов показател за ефективността на процеса на ецване. Стандартът за измерване се основава на сравнението на скоростта на ецване на маскиращия слой (фоторезистен филм, оксиден филм, силициево-нитриден филм и др.) и целевия слой. Това означава, че колкото по-висока е селективността, толкова по-бързо се ецва целевият слой. Колкото по-високо е нивото на миниатюризация, толкова по-високи са изискванията за селективност, за да се гарантира перфектно представяне на фините модели. Тъй като посоката на ецване е права, селективността на катионното ецване е ниска, докато селективността на радикалното ецване е висока, което подобрява селективността на радиалното ецване (RIE).
5. Процес на ецване
Фигура 5. Процес на ецване
Първо, пластината се поставя в окислителна пещ с температура, поддържана между 800 и 1000℃, след което върху повърхността ѝ се образува филм от силициев диоксид (SiO2) с високи изолационни свойства чрез сух метод. След това се преминава към процес на отлагане, за да се образува силициев слой или проводим слой върху оксидния филм чрез химическо отлагане от пари (CVD)/физическо отлагане от пари (PVD). Ако се образува силициев слой, може да се извърши процес на дифузия на примеси, за да се увеличи проводимостта, ако е необходимо. По време на процеса на дифузия на примеси често се добавят многократно множество примеси.
В този момент изолационният слой и полисилициевият слой трябва да се комбинират за ецване. Първо се използва фоторезист. След това върху фоторезистния филм се поставя маска и се извършва мокра експонация чрез потапяне, за да се отпечата желаният шаблон (невидим с просто око) върху фоторезистния филм. Когато контурът на шаблона се разкрие чрез проявяване, фоторезистът във фоточувствителната зона се отстранява. След това пластината, обработена чрез фотолитографския процес, се прехвърля в процеса на ецване за сухо ецване.
Сухото ецване се извършва главно чрез реактивно йонно ецване (RIE), при което ецването се повтаря главно чрез замяна на изходния газ, подходящ за всеки филм. Както сухото ецване, така и мокрото ецване целят да увеличат съотношението на страните (стойност A/R) на ецването. Освен това е необходимо редовно почистване, за да се отстрани полимерът, натрупан на дъното на отвора (празнината, образувана от ецването). Важното е, че всички променливи (като материали, изходен газ, време, форма и последователност) трябва да се регулират органично, за да се гарантира, че почистващият разтвор или изходният газ на плазма може да тече надолу до дъното на изкопа. Лека промяна в променлива изисква преизчисляване на други променливи и този процес на преизчисляване се повтаря, докато не постигне целта на всеки етап. Напоследък моноатомните слоеве, като например слоевете с атомно отлагане на слой (ALD), стават по-тънки и по-твърди. Следователно, технологията на ецване се насочва към използването на ниски температури и налягания. Процесът на ецване има за цел да контролира критичния размер (CD), за да се получат фини модели и да се гарантира, че се избягват проблеми, причинени от процеса на ецване, особено недостатъчно ецване и проблеми, свързани с отстраняването на остатъци. Горните две статии за ецването имат за цел да предоставят на читателите разбиране за целта на процеса на ецване, пречките за постигането на горепосочените цели и показателите за ефективност, използвани за преодоляване на тези пречки.
Време на публикуване: 10 септември 2024 г.