Tidlig vådætsning fremmede udviklingen af rensnings- eller foraskningsprocesser. I dag er tørætsning med plasma blevet mainstreamætsningsprocesPlasma består af elektroner, kationer og radikaler. Den energi, der tilføres plasmaet, forårsager, at de yderste elektroner fra kildegassen i en neutral tilstand strippes fra, hvorved disse elektroner omdannes til kationer.
Derudover kan uperfekte atomer i molekyler fjernes ved at tilføre energi til dannelse af elektrisk neutrale radikaler. Tørætsning bruger kationer og radikaler, der udgør plasma, hvor kationer er anisotrope (egnede til ætsning i en bestemt retning), og radikaler er isotrope (egnede til ætsning i alle retninger). Antallet af radikaler er langt større end antallet af kationer. I dette tilfælde bør tørætsning være isotropisk ligesom vådætsning.
Det er imidlertid den anisotropiske ætsning ved tørætsning, der muliggør ultraminiaturiserede kredsløb. Hvad er årsagen til dette? Derudover er ætsningshastigheden for kationer og radikaler meget langsom. Så hvordan kan vi anvende plasmaætsningsmetoder til masseproduktion i lyset af denne mangel?
1. Billedformat (A/R)
Figur 1. Begrebet billedformat og den teknologiske udviklings indvirkning på det.
Billedformat er forholdet mellem vandret bredde og lodret højde (dvs. højde divideret med bredde). Jo mindre kredsløbets kritiske dimension (CD) er, desto større er billedformatværdien. Det vil sige, at hvis man antager et billedformat på 10 og en bredde på 10 nm, bør højden af det hul, der bores under ætsningsprocessen, være 100 nm. Derfor kræves der ekstremt høje billedformatværdier for næste generations produkter, der kræver ultraminiaturisering (2D) eller høj densitet (3D), for at sikre, at kationer kan trænge ind i bundfilmen under ætsning.
For at opnå ultra-miniaturiseringsteknologi med en kritisk dimension på mindre end 10 nm i 2D-produkter, bør kondensatorens aspektforholdsværdi for dynamisk random access memory (DRAM) holdes over 100. Tilsvarende kræver 3D NAND flash-hukommelse også højere aspektforholdsværdier for at stable 256 lag eller flere cellestablingslag. Selv hvis betingelserne for andre processer er opfyldt, kan de nødvendige produkter ikke produceres, hvisætsningsproceslever ikke op til standarden. Derfor bliver ætseteknologi stadig vigtigere.
2. Oversigt over plasmaætsning
Figur 2. Bestemmelse af plasmakildegas i henhold til filmtype
Når der anvendes et hult rør, er det lettere for væske at trænge ind, jo smallere rørdiameteren er, hvilket er det såkaldte kapillærfænomen. Men hvis der skal bores et hul (lukket ende) i det eksponerede område, bliver væsketilførslen ret vanskelig. Da kredsløbets kritiske størrelse var 3µm til 5µm i midten af 1970'erne, er tørre...ætsninghar gradvist erstattet vådætsning som mainstream. Det vil sige, at selvom det er ioniseret, er det lettere at trænge ind i dybe huller, fordi volumenet af et enkelt molekyle er mindre end volumenet af et organisk polymeropløsningsmolekyle.
Under plasmaætsning bør det indre af proceskammeret, der anvendes til ætsning, justeres til en vakuumtilstand, før plasmakildegas, der er egnet til det relevante lag, indsprøjtes. Ved ætsning af faste oxidfilm bør der anvendes stærkere kulstoffluoridbaserede kildegasser. Til relativt svage silicium- eller metalfilm bør der anvendes klorbaserede plasmakildegasser.
Så hvordan skal gate-laget og det underliggende siliciumdioxid (SiO2) isolerende lag ætses?
For det første bør silicium i gate-laget fjernes ved hjælp af et klorbaseret plasma (silicium + klor) med polysilicium-ætsningsselektivitet. For det nederste isolerende lag bør siliciumdioxidfilmen ætses i to trin ved hjælp af en kulstoffluoridbaseret plasmakildegas (siliciumdioxid + kulstoftetrafluorid) med stærkere ætsningsselektivitet og effektivitet.
3. Reaktiv ionætsningsproces (RIE eller fysisk-kemisk ætsning)
Figur 3. Fordele ved reaktiv ionætsning (anisotropi og høj ætsningshastighed)
Plasma indeholder både isotrope frie radikaler og anisotrope kationer, så hvordan udfører det anisotropisk ætsning?
Plasmatørætsning udføres hovedsageligt ved reaktiv ionætsning (RIE, Reactive Ion Etching) eller anvendelser baseret på denne metode. Kernen i RIE-metoden er at svække bindingskraften mellem målmolekylerne i filmen ved at angribe ætseområdet med anisotrope kationer. Det svækkede område absorberes af frie radikaler, kombineret med de partikler, der udgør laget, omdannes til gas (en flygtig forbindelse) og frigives.
Selvom frie radikaler har isotrope egenskaber, bliver molekyler, der udgør bundoverfladen (hvis bindingskraft svækkes af angreb fra kationer), lettere indfanget af frie radikaler og omdannet til nye forbindelser end sidevægge med stærk bindingskraft. Derfor bliver nedadgående ætsning mainstream. De indfangede partikler bliver til gas med frie radikaler, som desorberes og frigives fra overfladen under påvirkning af vakuum.
På dette tidspunkt kombineres de kationer, der opnås ved fysisk påvirkning, og de frie radikaler, der opnås ved kemisk påvirkning, til fysisk og kemisk ætsning, og ætsningshastigheden (ætsningshastigheden, graden af ætsning i en bestemt tidsperiode) øges med 10 gange sammenlignet med kationisk ætsning eller alene fri radikal-ætsning. Denne metode kan ikke kun øge ætsningshastigheden ved anisotropisk nedadgående ætsning, men også løse problemet med polymerrester efter ætsning. Denne metode kaldes reaktiv ionætsning (RIE). Nøglen til succes med RIE-ætsning er at finde en plasmakildegas, der er egnet til ætsning af filmen. Bemærk: Plasmaætsning er RIE-ætsning, og de to kan betragtes som det samme koncept.
4. Ætsehastighed og kerneydelsesindeks
Figur 4. Core Etch Performance Index relateret til ætsehastighed
Ætsehastighed refererer til den filmdybde, der forventes at blive nået på et minut. Så hvad betyder det, at ætsehastigheden varierer fra del til del på en enkelt wafer?
Det betyder, at ætsningsdybden varierer fra del til del på waferen. Af denne grund er det meget vigtigt at indstille slutpunktet (EOP), hvor ætsningen skal stoppe, ved at tage højde for den gennemsnitlige ætsningshastighed og ætsningsdybde. Selv hvis EOP er indstillet, er der stadig nogle områder, hvor ætsningsdybden er dybere (overætset) eller lavere (underætset) end oprindeligt planlagt. Underætsning forårsager dog mere skade end overætsning under ætsning. Fordi i tilfælde af underætsning vil den underætsede del hindre efterfølgende processer såsom ionimplantation.
Selektivitet (målt ved ætsningshastighed) er en nøgleindikator for ætsningsprocessen. Målestandarden er baseret på en sammenligning af ætsningshastigheden for maskelaget (fotoresistfilm, oxidfilm, siliciumnitridfilm osv.) og mållaget. Det betyder, at jo højere selektiviteten er, desto hurtigere ætses mållaget. Jo højere miniaturiseringsniveauet er, desto højere er kravet til selektivitet for at sikre, at fine mønstre kan præsenteres perfekt. Da ætsningsretningen er lige, er selektiviteten ved kationisk ætsning lav, mens selektiviteten ved radikal ætsning er høj, hvilket forbedrer selektiviteten af RIE.
5. Ætsningsproces
Figur 5. Ætsningsproces
Først placeres waferen i en oxidationsovn med en temperatur, der holdes mellem 800 og 1000 ℃, og derefter dannes en siliciumdioxid (SiO2) film med høje isoleringsegenskaber på waferens overflade ved en tør metode. Derefter påbegyndes aflejringsprocessen for at danne et siliciumlag eller et ledende lag på oxidfilmen ved kemisk dampaflejring (CVD)/fysisk dampaflejring (PVD). Hvis der dannes et siliciumlag, kan en urenhedsdiffusionsproces udføres for at øge ledningsevnen, hvis det er nødvendigt. Under urenhedsdiffusionsprocessen tilsættes ofte flere urenheder gentagne gange.
På dette tidspunkt bør det isolerende lag og polysiliciumlaget kombineres til ætsning. Først anvendes en fotoresist. Derefter placeres en maske på fotoresistfilmen, og vådeksponering udføres ved nedsænkning for at præge det ønskede mønster (usynligt for det blotte øje) på fotoresistfilmen. Når mønsteromridset afsløres ved fremkaldelse, fjernes fotoresisten i det lysfølsomme område. Derefter overføres den wafer, der er behandlet ved fotolitografiprocessen, til ætsningsprocessen til tørætsning.
Tørætsning udføres hovedsageligt ved reaktiv ionætsning (RIE), hvor ætsningen gentages hovedsageligt ved at udskifte den kildegas, der er egnet til hver film. Både tørætsning og vådætsning sigter mod at øge aspektforholdet (A/R-værdien) af ætsningen. Derudover kræves regelmæssig rengøring for at fjerne den polymer, der er akkumuleret i bunden af hullet (mellemrummet dannet ved ætsningen). Det vigtige punkt er, at alle variabler (såsom materialer, kildegas, tid, form og sekvens) bør justeres organisk for at sikre, at rengøringsopløsningen eller plasmakildegassen kan strømme ned til bunden af renden. En lille ændring i en variabel kræver genberegning af andre variabler, og denne genberegningsproces gentages, indtil den opfylder formålet med hvert trin. For nylig er monoatomiske lag, såsom atomlagsaflejring (ALD), blevet tyndere og hårdere. Derfor bevæger ætsningsteknologien sig mod brugen af lave temperaturer og tryk. Ætseprocessen sigter mod at kontrollere den kritiske dimension (CD) for at producere fine mønstre og sikre, at problemer forårsaget af ætseprocessen undgås, især underætsning og problemer relateret til fjernelse af rester. Ovenstående to artikler om ætsning har til formål at give læserne en forståelse af formålet med ætsningsprocessen, hindringerne for at nå ovenstående mål og de præstationsindikatorer, der bruges til at overvinde sådanne hindringer.
Opslagstidspunkt: 10. september 2024