Rané mokré leptání podpořilo vývoj čisticích nebo zpopelňovacích procesů. Dnes se suché leptání pomocí plazmatu stalo hlavním proudem.proces leptáníPlazma se skládá z elektronů, kationtů a radikálů. Energie aplikovaná na plazma způsobuje, že se ze zdrojového plynu v neutrálním stavu oddělí nejvzdálenější elektrony, čímž se tyto elektrony přemění na kationty.
Kromě toho lze nedokonalé atomy v molekulách odstranit aplikací energie za vzniku elektricky neutrálních radikálů. Suché leptání využívá kationty a radikály, které tvoří plazma, kde kationty jsou anizotropní (vhodné pro leptání v určitém směru) a radikály jsou izotropní (vhodné pro leptání ve všech směrech). Počet radikálů je mnohem větší než počet kationtů. V tomto případě by suché leptání mělo být izotropní stejně jako mokré leptání.
Je to však anizotropní leptání suchého leptání, které umožňuje výrobu ultra-miniaturizovaných obvodů. Jaký je pro to důvod? Navíc je rychlost leptání kationtů a radikálů velmi pomalá. Jak tedy můžeme aplikovat metody plazmového leptání v hromadné výrobě tváří v tvář tomuto nedostatku?
1. Poměr stran (A/R)
Obrázek 1. Koncept poměru stran a vliv technologického pokroku na něj
Poměr stran je poměr horizontální šířky k vertikální výšce (tj. výška dělená šířkou). Čím menší je kritický rozměr (CD) obvodu, tím větší je hodnota poměru stran. To znamená, že za předpokladu poměru stran 10 a šířky 10 nm by výška otvoru vyvrtaného během procesu leptání měla být 100 nm. Proto jsou u produktů nové generace, které vyžadují ultra-miniaturizaci (2D) nebo vysokou hustotu (3D), nutné extrémně vysoké hodnoty poměru stran, aby se zajistilo, že kationty mohou během leptání proniknout spodní vrstvou.
Pro dosažení ultra-miniaturizační technologie s kritickým rozměrem menším než 10 nm u 2D produktů by měla být hodnota poměru stran kondenzátoru dynamické paměti s náhodným přístupem (DRAM) udržována nad 100. Podobně 3D NAND flash paměť vyžaduje vyšší hodnoty poměru stran pro stohování 256 nebo více vrstev buněk. I když jsou splněny podmínky požadované pro ostatní procesy, nelze požadované produkty vyrobit, pokud...proces leptáníneodpovídá standardu. Proto se technologie leptání stává stále důležitější.
2. Přehled plazmového leptání
Obrázek 2. Určení zdroje plazmového plynu podle typu filmu
Pokud se použije dutá trubka, čím užší je průměr trubky, tím snadněji do ní kapalina vstupuje, což je tzv. kapilární jev. Pokud se však má do exponované oblasti vyvrtat otvor (uzavřený konec), vstup kapaliny se stává poměrně obtížným. Proto, protože kritická velikost obvodu byla v polovině 70. let 20. století 3 μm až 5 μm, suchéleptpostupně nahradilo mokré leptání jako hlavní postup. To znamená, že i když je ionizováno, snáze proniká do hlubokých otvorů, protože objem jedné molekuly je menší než objem molekuly roztoku organického polymeru.
Během plazmového leptání by měl být vnitřek procesní komory použité pro leptání nastaven na vakuum před vstřikováním plazmového zdrojového plynu vhodného pro danou vrstvu. Při leptání filmů pevného oxidu by měly být použity silnější zdrojové plyny na bázi fluoridu uhlíku. Pro relativně slabé křemíkové nebo kovové filmy by měly být použity plazmové zdrojové plyny na bázi chloru.
Jak by tedy měla být leptána vrstva hradla a podkladová izolační vrstva z oxidu křemičitého (SiO2)?
Nejprve by měl být u hradlové vrstvy odstraněn křemík pomocí plazmatu na bázi chloru (křemík + chlor) se selektivitou leptání polykřemíku. U spodní izolační vrstvy by měla být vrstva oxidu křemičitého leptána ve dvou krocích pomocí plazmového zdrojového plynu na bázi fluoridu uhlíku (oxid křemičitý + tetrafluorid uhličitý) se silnější selektivitou a účinností leptání.
3. Proces reaktivního iontového leptání (RIE nebo fyzikálně-chemické leptání)
Obrázek 3. Výhody reaktivního iontového leptání (anizotropie a vysoká rychlost leptání)
Plazma obsahuje jak izotropní volné radikály, tak anizotropní kationty, jak tedy provádí anizotropní leptání?
Plazmové suché leptání se provádí hlavně reaktivním iontovým leptáním (RIE, Reactive Iont Etching) nebo aplikacemi založenými na této metodě. Podstatou metody RIE je oslabení vazebné síly mezi cílovými molekulami ve filmu napadením leptané oblasti anizotropními kationty. Oslabená oblast je absorbována volnými radikály, kombinována s částicemi, které tvoří vrstvu, přeměněna na plyn (těkavou sloučeninu) a uvolňována.
Přestože volné radikály mají izotropní vlastnosti, molekuly, které tvoří spodní povrch (jejichž vazebná síla je oslabena působením kationtů), jsou snáze zachyceny volnými radikály a přeměněny na nové sloučeniny než boční stěny se silnou vazebnou silou. Proto se leptání směrem dolů stává hlavním proudem. Zachycené částice se stávají plynem s volnými radikály, které se desorbují a uvolňují z povrchu působením vakua.
V tomto okamžiku se kationty získané fyzikálním působením a volné radikály získané chemickým působením kombinují pro fyzikální a chemické leptání a rychlost leptání (rychlost leptání, stupeň leptání za určité časové období) se zvyšuje desetkrát ve srovnání s případem samotného kationtového leptání nebo leptání volnými radikály. Tato metoda může nejen zvýšit rychlost leptání anizotropním leptáním směrem dolů, ale také vyřešit problém zbytků polymeru po leptání. Tato metoda se nazývá reaktivní iontové leptání (RIE). Klíčem k úspěchu RIE leptání je nalezení plazmového zdroje plynu vhodného pro leptání filmu. Poznámka: Plazmové leptání je RIE leptání a oba lze považovat za stejný koncept.
4. Rychlost leptání a index výkonu jádra
Obrázek 4. Index výkonu leptání jádra v závislosti na rychlosti leptání
Rychlost leptání se vztahuje k tloušťce filmu, které se očekává dosažení za jednu minutu. Co to tedy znamená, že se rychlost leptání liší součást od součásti na jednom waferu?
To znamená, že hloubka leptání se na jednotlivých částech waferu liší. Z tohoto důvodu je velmi důležité nastavit koncový bod (EOP), kde by se mělo leptání zastavit, s ohledem na průměrnou rychlost leptání a hloubku leptání. I když je EOP nastaven, stále existují oblasti, kde je hloubka leptání hlubší (přeleptání) nebo mělčí (nedoleptání), než bylo původně plánováno. Nedostatečné leptání však během leptání způsobuje větší škody než samotné přeleptání. V případě nedostatečného leptání totiž nedostatečně leptaná část brání následným procesům, jako je implantace iontů.
Selektivita (měřená rychlostí leptání) je klíčovým ukazatelem výkonu procesu leptání. Měřicí standard je založen na porovnání rychlosti leptání maskovací vrstvy (fotorezistní film, oxidový film, film nitridu křemíku atd.) a cílové vrstvy. To znamená, že čím vyšší je selektivita, tím rychleji je cílová vrstva leptána. Čím vyšší je úroveň miniaturizace, tím vyšší je požadavek na selektivitu, aby bylo zajištěno perfektní zobrazení jemných vzorů. Vzhledem k tomu, že směr leptání je přímý, je selektivita kationtového leptání nízká, zatímco selektivita radikálového leptání je vysoká, což zlepšuje selektivitu radiálního leptání (RIE).
5. Proces leptání
Obrázek 5. Proces leptání
Nejprve se destička umístí do oxidační pece s teplotou udržovanou mezi 800 a 1000 °C a poté se na povrchu destičky suchou metodou vytvoří film oxidu křemičitého (SiO2) s vysokými izolačními vlastnostmi. Následně se provede proces depozice, při kterém se na oxidovém filmu vytvoří vrstva křemíku nebo vodivá vrstva chemickou depozicí z plynné fáze (CVD) / fyzikální depozicí z plynné fáze (PVD). Pokud se vytvoří vrstva křemíku, lze v případě potřeby provést proces difuze nečistot pro zvýšení vodivosti. Během procesu difuze nečistot se často opakovaně přidává více nečistot.
V tomto okamžiku by se izolační vrstva a vrstva polysilikónu měly spojit pro leptání. Nejprve se použije fotorezist. Následně se na fotorezistovou fólii umístí maska a provede se mokrá expozice ponořením, aby se na fotorezistovou fólii otiskl požadovaný vzor (neviditelný pouhým okem). Jakmile se vyvoláním odhalí obrys vzoru, fotorezist ve fotocitlivé oblasti se odstraní. Poté se destička zpracovaná fotolitografickým procesem přenese do leptání pro suché leptání.
Suché leptání se provádí hlavně reaktivním iontovým leptáním (RIE), při kterém se leptání opakuje hlavně nahrazením zdrojového plynu vhodného pro každý film. Jak suché, tak mokré leptání má za cíl zvýšit poměr stran (hodnotu A/R) leptání. Kromě toho je nutné pravidelné čištění, aby se odstranil polymer nahromaděný na dně otvoru (mezera vytvořená leptáním). Důležité je, že všechny proměnné (jako jsou materiály, zdrojový plyn, čas, forma a sekvence) by měly být organicky upraveny, aby se zajistilo, že čisticí roztok nebo plazmový zdrojový plyn může proudit dolů ke dnu výkopu. Mírná změna proměnné vyžaduje přepočet dalších proměnných a tento proces přepočtu se opakuje, dokud nesplňuje účel každé fáze. V poslední době se monoatomové vrstvy, jako jsou vrstvy atomární depozice vrstev (ALD), staly tenčími a tvrdšími. Technologie leptání se proto posouvá směrem k používání nízkých teplot a tlaků. Proces leptání si klade za cíl kontrolovat kritický rozměr (CD) pro vytváření jemných vzorů a zajistit, aby se zabránilo problémům způsobeným procesem leptání, zejména nedostatečnému leptání a problémům souvisejícím s odstraňováním zbytků. Výše uvedené dva články o leptání si kladou za cíl poskytnout čtenářům pochopení účelu procesu leptání, překážek bránících v dosažení výše uvedených cílů a ukazatelů výkonnosti používaných k překonání těchto překážek.
Čas zveřejnění: 10. září 2024