Rano mokro jetkanje poticalo je razvoj procesa čišćenja ili pepeljenja. Danas je suho jetkanje plazmom postalo glavni trend.proces jetkanjaPlazma se sastoji od elektrona, kationa i radikala. Energija primijenjena na plazmu uzrokuje uklanjanje 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 jetkanje koristi katione i radikale koji čine plazmu, gdje su kationi anizotropni (pogodni za jetkanje u određenom smjeru), a radikali izotropni (pogodni za jetkanje u svim smjerovima). Broj radikala je daleko veći od broja kationa. U ovom slučaju, suho jetkanje treba biti izotropno poput mokrog jetkanja.
Međutim, anizotropno jetkanje suhim jetkanjem omogućuje ultra-minijaturizirane sklopove. Koji je razlog tome? Osim toga, brzina jetkanja kationa i radikala je vrlo spora. Pa kako možemo primijeniti metode jetkanja plazmom u masovnoj proizvodnji suočeni s ovim nedostatkom?
1. Omjer slike (A/R)
Slika 1. Koncept omjera stranica i utjecaj tehnološkog napretka na njega
Omjer stranica je omjer horizontalne širine i vertikalne visine (tj. visina podijeljena sa širinom). Što je kritična dimenzija (CD) sklopa manja, to je vrijednost omjera stranica veća. To jest, pod pretpostavkom omjera stranica od 10 i širine od 10 nm, visina izbušene rupe tijekom procesa jetkanja trebala bi biti 100 nm. Stoga su za proizvode sljedeće generacije koji zahtijevaju ultra-minijaturizaciju (2D) ili visoku gustoću (3D) potrebne izuzetno visoke vrijednosti omjera stranica kako bi se osiguralo da kationi mogu prodrijeti u donji film tijekom jetkanja.
Kako bi se postigla ultra-minijaturizacijska tehnologija s kritičnom dimenzijom manjom od 10 nm u 2D proizvodima, vrijednost omjera stranica kondenzatora dinamičke memorije s slučajnim pristupom (DRAM) treba održavati iznad 100. Slično tome, 3D NAND flash 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 razini standarda. Zato tehnologija jetkanja postaje sve važnija.
2. Pregled plazma jetkanja
Slika 2. Određivanje plina izvora plazme prema vrsti filma
Kada se koristi šuplja cijev, što je uži promjer cijevi, to je tekućini lakše ući, što je takozvani kapilarni fenomen. Međutim, ako se u izloženom području treba izbušiti rupa (zatvoreni kraj), unos tekućine postaje prilično otežan. Stoga, budući da je kritična veličina kruga sredinom 1970-ih bila 3 μm do 5 μm, suhijetkanjepostupno je zamijenilo mokro jetkanje kao glavni postupak. To jest, iako je ionizirano, lakše je prodrijeti u duboke rupe jer je volumen jedne molekule manji od volumena molekule otopine organskog polimera.
Tijekom plazma jetkanja, unutrašnjost procesne komore koja se koristi za jetkanje treba postaviti u vakuumsko stanje prije ubrizgavanja plina izvora plazme prikladnog za odgovarajući sloj. Prilikom jetkanja filmova čvrstog oksida treba koristiti jače plinove izvora na bazi ugljikovog fluorida. Za relativno slabe silicijske ili metalne filmove treba koristiti plinove izvora plazme na bazi klora.
Dakle, kako bi se trebali nagrizati sloj vrata i podložni izolacijski sloj silicijevog dioksida (SiO2)?
Prvo, za sloj vrata, silicij treba ukloniti pomoću plazme na bazi klora (silicij + klor) sa selektivnošću jetkanja polisilicija. Za donji izolacijski sloj, film silicijevog dioksida treba jetkati u dva koraka pomoću plazme izvora plina na bazi ugljikovog fluorida (silicijev dioksid + ugljikov tetrafluorid) s jačom selektivnošću i učinkovitošću jetkanja.
3. Postupak reaktivnog ionskog jetkanja (RIE ili fizikalno-kemijsko jetkanje)
Slika 3. Prednosti reaktivnog ionskog jetkanja (anizotropija i visoka brzina jetkanja)
Plazma sadrži i izotropne slobodne radikale i anizotropne katione, pa kako izvodi anizotropno jetkanje?
Suho jetkanje plazmom uglavnom se izvodi reaktivnim ionskim jetkanjem (RIE, Reactive Ion Etching) ili primjenama temeljenim na ovoj metodi. Srž RIE metode je slabljenje sile vezanja između ciljnih molekula u filmu napadanjem područja jetkanja anizotropnim kationima. Oslabljeno područje apsorbiraju slobodni radikali, kombiniraju se s česticama koje čine sloj, pretvaraju se u plin (hlapljivi spoj) i oslobađaju.
Iako slobodni radikali imaju izotropna svojstva, molekule koje čine donju površinu (čija je sila vezivanja oslabljena napadom kationa) lakše se hvataju slobodnim radikalima i pretvaraju u nove spojeve nego bočne stijenke s jakom silom vezivanja. Stoga, nagrizanje prema dolje postaje glavni tok. Zarobljene čestice postaju plin sa slobodnim radikalima, koji se desorbiraju i oslobađaju s površine pod djelovanjem vakuuma.
U ovom trenutku, kationi dobiveni fizičkim djelovanjem i slobodni radikali dobiveni kemijskim djelovanjem kombiniraju se za fizičko i kemijsko jetkanje, a brzina jetkanja (brzina jetkanja, stupanj jetkanja u određenom vremenskom razdoblju) povećava se 10 puta u usporedbi sa slučajem samo kationskog jetkanja ili jetkanja slobodnim radikalima. Ova metoda ne samo da može povećati brzinu jetkanja anizotropnog jetkanja prema dolje, već i riješiti problem ostataka polimera nakon jetkanja. Ova metoda naziva se reaktivno ionsko jetkanje (RIE). Ključ uspjeha RIE jetkanja je pronaći plin izvora plazme prikladan za jetkanje filma. Napomena: Jetkanje plazmom je RIE jetkanje i to dvoje se može smatrati istim konceptom.
4. Brzina jetkanja i indeks performansi jezgre
Slika 4. Indeks učinkovitosti jetkanja jezgre u odnosu na brzinu jetkanja
Brzina jetkanja odnosi se na dubinu filma koja se očekuje da će se dosegnuti u jednoj minuti. Što onda znači da se brzina jetkanja razlikuje od dijela do dijela na jednoj pločici?
To znači da se dubina jetkanja razlikuje od dijela do dijela na pločici. Iz tog razloga vrlo je važno postaviti krajnju točku (EOP) gdje bi jetkanje trebalo prestati uzimajući u obzir prosječnu brzinu jetkanja i dubinu jetkanja. Čak i ako je EOP postavljen, još uvijek postoje neka područja gdje je dubina jetkanja dublja (pretjerano jetkanje) ili plića (nedovoljno jetkanje) nego što je prvobitno planirano. Međutim, nedovoljno jetkanje uzrokuje više štete nego prekomjerno jetkanje tijekom jetkanja. Jer u slučaju nedovoljno jetkanja, nedovoljno jetkani dio će ometati naknadne procese poput implantacije iona.
U međuvremenu, selektivnost (mjerena brzinom jetkanja) ključni je pokazatelj učinkovitosti procesa jetkanja. Standard mjerenja temelji se na usporedbi brzine jetkanja maskirnog sloja (fotorezistni film, oksidni film, film silicijevog nitrida itd.) i ciljnog sloja. To znači da što je veća selektivnost, ciljni sloj se brže jetka. Što je veća razina miniaturizacije, to je veći zahtjev za selektivnošću kako bi se osiguralo da se fini uzorci mogu savršeno prikazati. Budući da je smjer jetkanja ravan, selektivnost kationskog jetkanja je niska, dok je selektivnost radikalnog jetkanja visoka, što poboljšava selektivnost RIE-a.
5. Postupak jetkanja
Slika 5. Proces jetkanja
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 silicijevog dioksida (SiO2) s visokim izolacijskim svojstvima. Zatim se uvodi proces taloženja kako bi se na oksidnom filmu formirao sloj silicija ili vodljivi sloj kemijskim 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 vodljivost. Tijekom procesa difuzije nečistoća, često se višestruko dodaju nečistoće.
U ovom trenutku, izolacijski sloj i polisilicijski sloj trebaju se kombinirati za jetkanje. Prvo se koristi fotorezist. Nakon toga, maska se postavlja na fotorezistni film i provodi se mokra ekspozicija uranjanjem kako bi se željeni uzorak (nevidljiv golim okom) utisnuo na fotorezistni film. Kada se razvijanjem otkrije obris uzorka, fotorezist u fotoosjetljivom području se uklanja. Zatim se pločica obrađena fotolitografskim postupkom prenosi u postupak jetkanja za suho jetkanje.
Suho jetkanje se uglavnom provodi reaktivnim ionskim jetkanjem (RIE), kod kojeg se jetkanje ponavlja uglavnom zamjenom izvornog plina prikladnog za svaki film. I suho i mokro jetkanje imaju za cilj povećati omjer stranica (A/R vrijednost) jetkanja. Osim toga, potrebno je redovito čišćenje kako bi se uklonio polimer nakupljen na dnu rupe (praznina nastala jetkanjem). 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 mogu teći do dna rova. Mala promjena varijable zahtijeva ponovni izračun drugih varijabli, a ovaj proces ponovnog izračuna ponavlja se 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 jetkanja kreće prema korištenju niskih temperatura i tlakova. Proces jetkanja ima za cilj kontrolirati kritičnu dimenziju (CD) kako bi se stvorili fini uzorci i osiguralo da se izbjegnu problemi uzrokovani procesom jetkanja, posebno nedovoljno jetkanje i problemi povezani s uklanjanjem ostataka. Gornja dva članka o jetkanju imaju za cilj pružiti čitateljima razumijevanje svrhe procesa jetkanja, prepreka za postizanje gore navedenih ciljeva i pokazatelja učinkovitosti koji se koriste za prevladavanje takvih prepreka.
Vrijeme objave: 10. rujna 2024.