Varajane märgsöövitus soodustas puhastus- või tuhastamisprotsesside arengut. Tänapäeval on plasma abil kuivsöövitus muutunud peavooluks.söövitusprotsessPlasma koosneb elektronidest, katioonidest ja radikaalidest. Plasmale rakendatud energia põhjustab lähtegaasi neutraalses olekus olevate välimiste elektronide eemaldamise, muutes need elektronid katioonideks.
Lisaks saab molekulides olevaid ebatäiuslikke aatomeid energia rakendamise teel eemaldada, moodustades elektriliselt neutraalseid radikaale. Kuivsöövitus kasutab katioone ja radikaale, mis moodustavad plasma, kusjuures katioonid on anisotroopsed (sobivad söövitamiseks teatud suunas) ja radikaalid on isotroopsed (sobivad söövitamiseks igas suunas). Radikaalide arv on palju suurem kui katioonide arv. Sellisel juhul peaks kuivsöövitus olema isotroopne nagu märgsöövitus.
Kuid just kuiva söövituse anisotroopne söövitamine võimaldab luua üliminiatuurseid vooluringe. Mis on selle põhjus? Lisaks on katioonide ja radikaalide söövituskiirus väga aeglane. Kuidas saaksime siis plasma söövitusmeetodeid masstootmises rakendada, arvestades seda puudust?
1. Kuvasuhe (A/R)
Joonis 1. Kuvasuhte mõiste ja tehnoloogia arengu mõju sellele
Kuvasuhe on horisontaalse laiuse ja vertikaalse kõrguse suhe (st kõrgus jagatud laiusega). Mida väiksem on vooluringi kriitiline mõõde (CD), seda suurem on kuvasuhte väärtus. See tähendab, et kui kuvasuhte väärtus on 10 ja laius 10 nm, peaks söövitusprotsessi käigus puuritud augu kõrgus olema 100 nm. Seetõttu on järgmise põlvkonna toodete puhul, mis vajavad üliminiaturiseerimist (2D) või suurt tihedust (3D), vaja äärmiselt kõrgeid kuvasuhte väärtusi, et tagada katioonide tungimine alumisse kile söövitamise ajal.
2D-toodetes üliminiaturiseerimistehnoloogia saavutamiseks, mille kriitiline mõõde on alla 10 nm, peaks dünaamilise muutmälu (DRAM) kondensaatori kuvasuhte väärtus olema üle 100. Samamoodi vajab ka 3D NAND-välkmälu 256 või enama raku virnastamiseks kõrgemat kuvasuhte väärtust. Isegi kui muude protsesside jaoks vajalikud tingimused on täidetud, ei saa vajalikke tooteid toota, kuisöövitusprotsessei vasta standarditele. Seetõttu muutub söövitustehnoloogia üha olulisemaks.
2. Plasmasöövituse ülevaade
Joonis 2. Plasma lähtegaasi määramine vastavalt kile tüübile
Õõnestoru kasutamisel on vedelikul lihtsam siseneda, mida kitsam on toru läbimõõt, mis on nn kapillaarientees. Kui aga avatud alale tuleb puurida auk (suletud ots), muutub vedeliku sissevool üsna keeruliseks. Seega, kuna vooluringi kriitiline suurus oli 1970. aastate keskel 3–5 μm, siis kuiv...söövitamineon järk-järgult asendanud märgsöövituse peavooluna. See tähendab, et kuigi see on ioniseeritud, on sügavatesse aukudesse tungimine lihtsam, kuna ühe molekuli maht on väiksem kui orgaanilise polümeeri lahuse molekuli maht.
Plasmasöövituse ajal tuleks söövituseks kasutatava töötluskambri sisemus enne vastava kihi jaoks sobiva plasmaallikagaasi sisestamist viia vaakumseisundisse. Tahkete oksiidkilede söövitamisel tuleks kasutada tugevamaid süsinikfluoriidil põhinevaid allikagaase. Suhteliselt nõrkade räni- või metallkilede puhul tuleks kasutada klooripõhiseid plasmaallikagaase.
Niisiis, kuidas peaks väravakiht ja selle all olev ränidioksiidist (SiO2) isoleeriv kiht söövitama?
Esiteks tuleks väravakihi puhul räni eemaldada klooripõhise plasma (räni + kloor) abil, millel on polükristallilise räni söövitamise selektiivsus. Alumise isoleerkihi puhul tuleks ränidioksiidikile söövitada kahes etapis, kasutades süsinikfluoriidil põhinevat plasmaallikagaasi (ränidioksiid + süsiniktetrafluoriid), millel on tugevam söövitamise selektiivsus ja efektiivsus.
3. Reaktiivse ioonsöövituse (RIE ehk füüsikalis-keemiline söövitamine) protsess
Joonis 3. Reaktiivse ioonsöövituse eelised (anisotroopia ja kõrge söövituskiirus)
Plasma sisaldab nii isotroopseid vabu radikaale kui ka anisotroopseid katioone, seega kuidas see teostab anisotroopset söövitust?
Plasmakuivsöövitust teostatakse peamiselt reaktiivse ioonsöövituse (RIE, Reactive Ion Etching) või sellel meetodil põhinevate rakenduste abil. RIE meetodi põhiolemus on sihtmolekulide vahelise siduva jõu nõrgendamine kiles, ründades söövitusala anisotroopsete katioonidega. Nõrgestatud ala neelavad vabad radikaalid, ühinevad kihti moodustavate osakestega, muundatakse gaasiks (lenduvaks ühendiks) ja vabaneb.
Kuigi vabadel radikaalidel on isotroopsed omadused, püüavad alumist pinda moodustavad molekulid (mille sidumisjõudu katioonide rünnak nõrgestab) vabad radikaalid kergemini kinni ja muundavad need uuteks ühenditeks kui tugeva sidumisjõuga külgseinad. Seetõttu muutub allapoole suunatud söövitamine peamiseks protsessiks. Kinnipüütud osakesed muutuvad gaasiks koos vabade radikaalidega, mis desorbeeruvad ja vabanevad pinnalt vaakumi toimel.
Sel ajal kombineeritakse füüsikalise toime teel saadud katioonid ja keemilise toime teel saadud vabad radikaalid füüsikaliseks ja keemiliseks söövitamiseks ning söövituskiirus (Etch Rate, söövitusaste teatud aja jooksul) suureneb 10 korda võrreldes ainult katioonse söövitamise või vabade radikaalide söövitamisega. See meetod mitte ainult ei suurenda anisotroopse allapoole söövitamise söövituskiirust, vaid lahendab ka polümeerijääkide probleemi pärast söövitamist. Seda meetodit nimetatakse reaktiivseks ioonsöövituseks (RIE). RIE söövitamise edu võti on leida plasmaallikagaas, mis sobib kile söövitamiseks. Märkus: Plasmasöövitus on RIE söövitus ja neid kahte võib pidada samaks kontseptsiooniks.
4. Söövituskiirus ja põhijõudluse indeks
Joonis 4. Söövituskiirusega seotud põhisöövitusnäitaja
Söövituskiirus viitab kile paksusele, mis eeldatavasti saavutatakse ühe minuti jooksul. Mida tähendab see, et söövituskiirus varieerub ühe vahvli eri osade vahel?
See tähendab, et söövitussügavus on kiibil osati erinev. Sel põhjusel on väga oluline määrata lõpp-punkt (EOP), kus söövitamine peaks lõppema, võttes arvesse keskmist söövituskiirust ja söövitussügavust. Isegi kui EOP on seatud, on ikkagi piirkondi, kus söövitussügavus on sügavam (üle söövitatud) või madalam (alasöövitatud) kui algselt plaanitud. Alasöövitus põhjustab aga söövitamise ajal rohkem kahju kui üle söövitamine. Sest alakasöövituse korral takistab alakasöövitatud osa järgnevaid protsesse, näiteks ioonide implanteerimist.
Samal ajal on selektiivsus (mõõdetuna söövituskiirusega) söövitusprotsessi peamine tulemusnäitaja. Mõõtmisstandard põhineb maskikihi (fotoresistkile, oksiidkile, räninitriidkile jne) ja sihtkihi söövituskiiruse võrdlusel. See tähendab, et mida suurem on selektiivsus, seda kiiremini sihtkihti söövitatakse. Mida kõrgem on miniaturiseerimise tase, seda suurem on selektiivsuse nõue, et tagada peente mustrite täiuslik esitamine. Kuna söövitussuund on sirge, on katioonse söövituse selektiivsus madal, samas kui radikaalsöövituse selektiivsus on kõrge, mis parandab RIE selektiivsust.
5. Söövitusprotsess
Joonis 5. Söövitusprotsess
Esmalt asetatakse vahvel oksüdatsiooniahju, mille temperatuur hoitakse vahemikus 800–1000 ℃, ja seejärel moodustatakse vahvli pinnale kuivmeetodil kõrge isoleerivate omadustega ränidioksiidi (SiO2) kile. Seejärel alustatakse sadestamisprotsessi, et moodustada oksiidkilele ränikiht või juhtiv kiht keemilise aurustamise (CVD)/füüsikalise aurustamise (PVD) abil. Kui ränikiht on moodustunud, saab vajadusel juhtivuse suurendamiseks läbi viia lisandite difusiooniprotsessi. Lisandite difusiooniprotsessi käigus lisatakse sageli korduvalt mitu lisandit.
Sel ajal tuleks söövitamiseks ühendada isoleerkiht ja polükristallkiht. Esmalt kasutatakse fotoresistkihti. Seejärel asetatakse fotoresistkihile mask ja märgeksponeeritakse kastmise teel, et fotoresistkihile soovitud muster (palja silmaga nähtamatu) trükkida. Kui mustri kontuur on ilmutamise teel nähtav, eemaldatakse fototundlikust piirkonnast fotoresist. Seejärel kantakse fotolitograafiaprotsessiga töödeldud vahvel kuiva söövitamise protsessi.
Kuivsöövitus toimub peamiselt reaktiivse ioonsöövituse (RIE) abil, kus söövitamist korratakse peamiselt iga kilele sobiva lähtegaasi asendamisega. Nii kuiv- kui ka märgsöövituse eesmärk on suurendada söövituse kuvasuhte (A/R väärtust). Lisaks on augu põhja (söövitamise teel tekkinud tühimikku) kogunenud polümeeri eemaldamiseks vaja regulaarset puhastamist. Oluline on see, et kõiki muutujaid (näiteks materjale, lähtegaasi, aega, vormi ja järjestust) tuleks orgaaniliselt reguleerida, et tagada puhastuslahuse või plasma lähtegaasi voolamine kraavi põhja. Muutuja väike muutus nõuab teiste muutujate ümberarvutamist ja seda ümberarvutusprotsessi korratakse, kuni see vastab iga etapi eesmärgile. Hiljuti on monoaatomilised kihid, näiteks aatomkihtsadestamise (ALD) kihid, muutunud õhemaks ja kõvemaks. Seetõttu liigub söövitustehnoloogia madalate temperatuuride ja rõhkude kasutamise poole. Söövitusprotsessi eesmärk on kontrollida kriitilist mõõdet (CD), et tekitada peeneid mustreid ja tagada söövitusprotsessist tingitud probleemide, eriti alakasvatamise ja jääkide eemaldamisega seotud probleemide vältimine. Ülaltoodud kaks söövitust käsitlevat artiklit on suunatud lugejatele arusaama söövitusprotsessi eesmärgist, ülaltoodud eesmärkide saavutamise takistustest ja nende takistuste ületamiseks kasutatavatest tulemusnäitajatest.
Postituse aeg: 10. september 2024