Rano mokro nagrizanje je promovisalo razvoj procesa čišćenja ili pepeljenja. Danas je suho nagrizanje pomoću plazme postalo glavni trend.proces jetkanjaPlazma se sastoji od elektrona, kationa i radikala. Energija primijenjena na plazmu uzrokuje otkidanje najudaljenijih elektrona izvornog plina u neutralnom stanju, čime se ti elektroni pretvaraju u katione.
Osim toga, nesavršeni atomi u molekulama mogu se ukloniti primjenom energije kako bi se formirali električno neutralni radikali. Suho nagrizanje koristi katione i radikale koji čine plazmu, gdje su kationi anizotropni (pogodni za nagrizanje u određenom smjeru), a radikali izotropni (pogodni za nagrizanje u svim smjerovima). Broj radikala je daleko veći od broja kationa. U ovom slučaju, suho nagrizanje treba biti izotropno poput mokrog nagrizanja.
Međutim, anizotropno nagrizanje suhim nagrizanjem omogućava izradu ultra-minijaturiziranih kola. Koji je razlog tome? Osim toga, brzina nagrizanja kationa i radikala je vrlo spora. Kako onda možemo primijeniti metode plazma nagrizanja u masovnoj proizvodnji suočeni s ovim nedostatkom?
1. Omjer širine i visine (A/R)
Slika 1. Koncept omjera stranica i utjecaj tehnološkog napretka na njega
Omjer širine i visine je odnos horizontalne širine i vertikalne visine (tj. visina podijeljena sa širinom). Što je kritična dimenzija (CD) kola manja, to je vrijednost omjera širine i visine veća. To jest, pod pretpostavkom omjera širine i visine od 10 i širine od 10 nm, visina izbušene rupe tokom procesa nagrizanja trebala bi biti 100 nm. Stoga, za proizvode sljedeće generacije koji zahtijevaju ultra-minijaturizaciju (2D) ili visoku gustoću (3D), potrebne su izuzetno visoke vrijednosti omjera širine i visine kako bi se osiguralo da kationi mogu prodrijeti u donji film tokom nagrizanja.
Da bi se postigla ultra-minijaturizacijska tehnologija s kritičnom dimenzijom manjom od 10nm u 2D proizvodima, vrijednost omjera stranica kondenzatora dinamičke memorije s slučajnim pristupom (DRAM) treba održavati iznad 100. Slično tome, 3D NAND fleš memorija također zahtijeva veće vrijednosti omjera stranica za slaganje 256 slojeva ili više slojeva slaganja ćelija. Čak i ako su ispunjeni uvjeti potrebni za druge procese, potrebni proizvodi ne mogu se proizvesti ako...proces jetkanjanije na nivou standarda. Zbog toga tehnologija nagrizanja postaje sve važnija.
2. Pregled plazma nagrizanja
Slika 2. Određivanje plina izvora plazme prema vrsti filma
Kada se koristi šuplja cijev, što je uži promjer cijevi, to je lakše da tekućina uđe, što je takozvani kapilarni fenomen. Međutim, ako se rupa (zatvoreni kraj) treba izbušiti u izloženom području, unos tekućine postaje prilično otežan. Stoga, budući da je kritična veličina kola bila 3um do 5um sredinom 1970-ih, suhagraviranjepostepeno je zamijenio mokro nagrizanje kao glavni postupak. To jest, iako je ionizirano, lakše je prodrijeti u duboke rupe jer je volumen jednog molekula manji od volumena molekule organskog polimernog rastvora.
Tokom plazma nagrizanja, unutrašnjost procesne komore koja se koristi za nagrizanje treba podesiti na vakuum prije ubrizgavanja plina izvora plazme pogodnog za odgovarajući sloj. Prilikom nagrizanja filmova čvrstog oksida, treba koristiti jače plinove izvora na bazi ugljikovog fluorida. Za relativno slabe silikonske ili metalne filmove, treba koristiti plinove izvora plazme na bazi hlora.
Dakle, kako bi trebalo nagrizati sloj kapije i podložni izolacijski sloj od silicijum dioksida (SiO2)?
Prvo, za sloj kapije, silicijum treba ukloniti korištenjem plazme na bazi hlora (silicijum + hlor) sa selektivnošću nagrizanja polisilicija. Za donji izolacijski sloj, film silicijum dioksida treba nagrizati u dva koraka korištenjem plazme izvora na bazi ugljen-fluorida (silicijum dioksid + ugljen-tetrafluorid) sa jačom selektivnošću i efikasnošću nagrizanja.
3. Proces reaktivnog jonskog nagrizanja (RIE ili fizičko-hemijsko nagrizanje)
Slika 3. Prednosti reaktivnog jonskog nagrizanja (anizotropija i visoka brzina nagrizanja)
Plazma sadrži i izotropne slobodne radikale i anizotropne katione, pa kako onda izvodi anizotropno nagrizanje?
Suho nagrizanje plazmom se uglavnom izvodi reaktivnim ionskim nagrizanjem (RIE, Reactive Ion Etching) ili primjenama zasnovanim na ovoj metodi. Suština RIE metode je slabljenje sile vezivanja između ciljnih molekula u filmu napadom na područje nagrizanja anizotropnim kationima. Oslabljeno područje apsorbiraju slobodni radikali, kombiniraju se s česticama koje čine sloj, pretvaraju se u plin (isparljivo jedinjenje) i oslobađaju.
Iako slobodni radikali imaju izotropne karakteristike, molekule koje čine donju površinu (čija je sila vezivanja oslabljena napadom kationa) lakše se hvataju slobodnim radikalima i pretvaraju u nova jedinjenja nego bočne zidove sa jakom silom vezivanja. Stoga, nagrizanje prema dolje postaje glavni tok. Zarobljene čestice postaju gas sa slobodnim radikalima, koji se desorbuju i oslobađaju sa površine pod djelovanjem vakuuma.
U ovom trenutku, kationi dobijeni fizičkim djelovanjem i slobodni radikali dobijeni hemijskim djelovanjem se kombinuju za fizičko i hemijsko nagrizanje, a brzina nagrizanja (brzina nagrizanja, stepen nagrizanja u određenom vremenskom periodu) se povećava 10 puta u poređenju sa slučajem samo kationskog nagrizanja ili nagrizanja slobodnim radikalima. Ova metoda ne samo da može povećati brzinu nagrizanja anizotropnim nagrizanjem prema dolje, već i riješiti problem ostataka polimera nakon nagrizanja. Ova metoda se naziva reaktivno jonsko nagrizanje (RIE). Ključ uspjeha RIE nagrizanja je pronaći plin izvora plazme pogodan za nagrizanje filma. Napomena: Nagrizanje plazmom je RIE nagrizanje i to dvoje se može smatrati istim konceptom.
4. Brzina nagrizanja i indeks performansi jezgra
Slika 4. Indeks performansi jezgrenog nagrizanja u odnosu na brzinu nagrizanja
Brzina nagrizanja odnosi se na dubinu filma koja se očekuje da će se dostići u jednoj minuti. Šta onda znači da se brzina nagrizanja razlikuje od dijela do dijela na jednoj pločici?
To znači da se dubina nagrizanja razlikuje od dijela do dijela na pločici. Iz tog razloga, vrlo je važno postaviti krajnju tačku (EOP) gdje bi nagrizanje trebalo prestati, uzimajući u obzir prosječnu brzinu nagrizanja i dubinu nagrizanja. Čak i ako je EOP postavljen, i dalje postoje neka područja gdje je dubina nagrizanja dublja (pretjerano nagrizanje) ili plića (nedovoljno nagrizanje) nego što je prvobitno planirano. Međutim, nedovoljno nagrizanje uzrokuje više štete nego prekomjerno nagrizanje tokom nagrizanja. Jer u slučaju nedovoljno nagrizanja, nedovoljno nagrizeni dio će ometati naknadne procese poput implantacije iona.
U međuvremenu, selektivnost (mjerena brzinom nagrizanja) je ključni pokazatelj performansi procesa nagrizanja. Standard mjerenja zasniva se na poređenju brzine nagrizanja maskirnog sloja (fotorezistni film, oksidni film, film silicijum nitrida itd.) i ciljnog sloja. To znači da što je veća selektivnost, ciljni sloj se brže nagriza. Što je veći nivo minijaturizacije, to je veći zahtjev za selektivnošću kako bi se osiguralo da se fini uzorci mogu savršeno prikazati. Budući da je smjer nagrizanja prav, selektivnost kationskog nagrizanja je niska, dok je selektivnost radikalnog nagrizanja visoka, što poboljšava selektivnost RIE (reaktivnog injektiranja).
5. Proces nagrizanja
Slika 5. Proces nagrizanja
Prvo se pločica stavlja u oksidacijsku peć s temperaturom koja se održava između 800 i 1000℃, a zatim se na površini pločice suhom metodom formira film silicijum dioksida (SiO2) s visokim izolacijskim svojstvima. Zatim se ulazi u proces taloženja kako bi se na oksidnom filmu formirao sloj silicija ili provodljivi sloj hemijskim taloženjem iz parne faze (CVD)/fizičkim taloženjem iz parne faze (PVD). Ako se formira sloj silicija, po potrebi se može provesti proces difuzije nečistoća kako bi se povećala provodljivost. Tokom procesa difuzije nečistoća, često se više puta dodaju višestruke nečistoće.
U ovom trenutku, izolacijski sloj i sloj polisilicija treba kombinirati za nagrizanje. Prvo se koristi fotorezist. Nakon toga, maska se postavlja na fotorezistni film i vrši se mokra ekspozicija uranjanjem kako bi se željeni uzorak (nevidljiv golim okom) utisnuo na fotorezistni film. Kada se obris uzorka otkrije razvijanjem, fotorezist u fotoosjetljivom području se uklanja. Zatim se pločica obrađena fotolitografskim postupkom prenosi u postupak nagrizanja za suho nagrizanje.
Suho nagrizanje se uglavnom izvodi reaktivnim ionskim nagrizanjem (RIE), kod kojeg se nagrizanje ponavlja uglavnom zamjenom izvornog plina pogodnog za svaki film. I suho i mokro nagrizanje imaju za cilj povećanje omjera stranica (A/R vrijednost) nagrizanja. Osim toga, potrebno je redovno čišćenje kako bi se uklonio polimer akumuliran na dnu rupe (praznina formirana nagrizanjem). Važno je da se sve varijable (kao što su materijali, izvorni plin, vrijeme, oblik i redoslijed) trebaju organski prilagoditi kako bi se osiguralo da otopina za čišćenje ili izvorni plin plazme može teći do dna rova. Mala promjena varijable zahtijeva ponovni izračun drugih varijabli, a ovaj proces ponovnog izračuna se ponavlja sve dok se ne ispuni svrha svake faze. Nedavno su monoatomski slojevi, poput slojeva taloženja atomskog sloja (ALD), postali tanji i tvrđi. Stoga se tehnologija nagrizanja kreće prema korištenju niskih temperatura i pritisaka. Proces nagrizanja ima za cilj kontrolu kritične dimenzije (CD) kako bi se proizveli fini uzorci i osiguralo da se izbjegnu problemi uzrokovani procesom nagrizanja, posebno nedovoljno nagrizanje i problemi povezani s uklanjanjem ostataka. Gornja dva članka o nagrizanju imaju za cilj da čitaocima pruže razumijevanje svrhe procesa nagrizanja, prepreka u postizanju gore navedenih ciljeva i pokazatelja uspješnosti koji se koriste za prevazilaženje takvih prepreka.
Vrijeme objave: 10. septembar 2024.