A korai nedves maratás elősegítette a tisztítási vagy hamvasztási eljárások fejlődését. Napjainkban a plazma segítségével végzett száraz maratás vált a köztudatba.maratási folyamatA plazma elektronokból, kationokból és gyökökből áll. A plazmára alkalmazott energia a forrásgáz semleges állapotú legkülső elektronjait leveszi, ezáltal ezeket az elektronokat kationokká alakítja.
Ezenkívül a molekulákban lévő tökéletlen atomok energia alkalmazásával eltávolíthatók, így elektromosan semleges gyököket képezve. A száraz maratás kationokat és a plazmát alkotó gyököket használ, ahol a kationok anizotropok (bizonyos irányú maratásra alkalmasak), a gyökök pedig izotropok (minden irányú maratásra alkalmasak). A gyökök száma jóval nagyobb, mint a kationok száma. Ebben az esetben a száraz maratásnak izotrópnak kell lennie, mint a nedves maratásnak.
Azonban a szárazmaratás anizotróp marása teszi lehetővé az ultraminiatürizált áramkörök létrehozását. Mi ennek az oka? Ráadásul a kationok és gyökök marási sebessége nagyon lassú. Hogyan alkalmazhatjuk tehát a plazmamaratási módszereket a tömegtermelésben e hiányosság ellenére?
1. Képarány (A/R)
1. ábra. A képarány fogalma és a technológiai fejlődés hatása rá
A képarány a vízszintes szélesség és a függőleges magasság aránya (azaz a magasság osztva a szélességgel). Minél kisebb az áramkör kritikus mérete (CD), annál nagyobb a képarány értéke. Vagyis 10-es képarányt és 10 nm-es szélességet feltételezve a maratási folyamat során fúrt furat magasságának 100 nm-nek kell lennie. Ezért az ultraminiatürizálást (2D) vagy nagy sűrűséget (3D) igénylő következő generációs termékekhez rendkívül magas képarány értékekre van szükség annak biztosítására, hogy a kationok a maratás során behatolhassanak az alsó filmbe.
A 2D termékekben 10 nm-nél kisebb kritikus méretű ultraminiatürizálási technológia eléréséhez a dinamikus véletlen hozzáférésű memória (DRAM) kondenzátorának képarányát 100 felett kell tartani. Hasonlóképpen, a 3D NAND flash memóriáknak is magasabb képarányértékekre van szükségük 256 vagy több rétegű cellaréteg egymásra helyezéséhez. Még ha más folyamatokhoz szükséges feltételek teljesülnek is, a szükséges termékek nem állíthatók elő, ha amaratási folyamatnem felel meg a szabványnak. Ezért válik egyre fontosabbá a maratási technológia.
2. A plazmamaratás áttekintése
2. ábra. A plazma forrásgázának meghatározása filmtípus szerint
Üreges cső használata esetén minél kisebb a csőátmérő, annál könnyebben jut be a folyadék, ezt nevezzük kapilláris jelenségnek. Ha azonban egy lyukat (zárt végű) kell fúrni a szabad területre, a folyadék bejutása meglehetősen nehézzé válik. Ezért, mivel az áramkör kritikus mérete az 1970-es évek közepén 3-5 μm volt, száraz...rézkarcfokozatosan felváltotta a nedves maratást, mint főáramú eljárás. Vagyis bár ionizált, könnyebb behatolni a mély lyukakba, mivel egyetlen molekula térfogata kisebb, mint egy szerves polimer oldat molekulájának térfogata.
Plazmamaratás során a maratáshoz használt feldolgozókamra belsejét vákuumállapotba kell állítani, mielőtt a megfelelő plazmaforrásgázt befecskendeznénk az adott rétegbe. Szilárd oxid filmek maratásakor erősebb szén-fluorid alapú forrásgázokat kell használni. Viszonylag gyenge szilícium- vagy fémfilmek esetén klór alapú plazmaforrásgázokat kell használni.
Szóval, hogyan kell maratni a kapuréteget és az alatta lévő szilícium-dioxid (SiO2) szigetelőréteget?
Először is, a kapuréteg esetében a szilíciumot klóralapú plazmával (szilícium + klór) kell eltávolítani, amely poliszilícium maratási szelektivitást biztosít. Az alsó szigetelőréteg esetében a szilícium-dioxid filmet két lépésben kell maratni szén-fluorid alapú plazmaforrásgázzal (szilícium-dioxid + szén-tetrafluorid), amely erősebb marási szelektivitást és hatékonyságot biztosít.
3. Reaktív ionmaratás (RIE vagy fizikai-kémiai maratás) eljárás
3. ábra. A reaktív ionmaratás előnyei (anizotrópia és magas marási sebesség)
A plazma izotróp szabad gyököket és anizotrop kationokat is tartalmaz, akkor hogyan végez anizotrop maratást?
A plazma szárazmaratást főként reaktív ionmaratással (RIE, Reactive Ion Etching) vagy ezen a módszeren alapuló alkalmazásokkal végzik. A RIE módszer lényege, hogy a filmben lévő célmolekulák közötti kötőerőt anizotrop kationokkal támadják a maratási területet. A gyengített területet a szabad gyökök elnyelik, egyesülnek a réteget alkotó részecskékkel, gázzá (illékony vegyületté) alakulnak, majd felszabadulnak.
Bár a szabad gyökök izotróp tulajdonságokkal rendelkeznek, az alsó felületet alkotó molekulákat (amelyek kötőerejét a kationok támadása gyengíti) könnyebben megkötik a szabad gyökök és alakítják át új vegyületekké, mint az erős kötőerővel rendelkező oldalfalakat. Ezért a lefelé irányuló maratás válik a fő irányzattá. A befogott részecskék gázzá alakulnak, a szabad gyökök pedig vákuum hatására deszorbeálódnak és felszabadulnak a felületről.
Ekkor a fizikai behatással nyert kationokat és a kémiai behatással nyert szabad gyököket kombinálják a fizikai és kémiai maratáshoz, és a marási sebesség (Etch Rate, a maratás mértéke egy bizonyos idő alatt) tízszeresére nő a kationos maratáshoz vagy a szabad gyökös maratáshoz képest. Ez a módszer nemcsak az anizotrop lefelé irányuló maratás marási sebességét növelheti, hanem a maratás utáni polimermaradvány problémáját is megoldja. Ezt a módszert reaktív ionmaratásnak (RIE) nevezik. A RIE maratás sikerének kulcsa a film maratásához alkalmas plazmaforrás-gáz megtalálása. Megjegyzés: A plazmamaratás RIE maratás, és a kettő ugyanazon fogalomnak tekinthető.
4. Marási sebesség és magteljesítmény-index
4. ábra. A marási sebességhez viszonyított alapvető marási teljesítményindex
A marási sebesség az egy perc alatt várhatóan elért filmvastagságot jelenti. Mit jelent tehát, hogy a marási sebesség alkatrészenként változik egyetlen ostyán?
Ez azt jelenti, hogy a maratási mélység a lapkán alkatrészenként változik. Emiatt nagyon fontos beállítani azt a végpontot (EOP), ahol a maratásnak le kell állnia, figyelembe véve az átlagos marási sebességet és a marási mélységet. Még ha az EOP be is van állítva, továbbra is vannak olyan területek, ahol a maratási mélység mélyebb (túlmaratott) vagy sekélyebb (alulmaratott), mint eredetileg tervezték. Az alulmaratás azonban nagyobb kárt okoz, mint a túlmaratás a maratás során. Alulmaratás esetén az alulmaratott rész akadályozza a későbbi folyamatokat, például az ionimplantációt.
Eközben a szelektivitás (a marási sebességgel mérve) a marási folyamat egyik kulcsfontosságú teljesítménymutatója. A mérési szabvány a maszkréteg (fotoreziszt film, oxid film, szilícium-nitrid film stb.) és a célréteg marási sebességének összehasonlításán alapul. Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb a szelektivitás, annál gyorsabban maratható a célréteg. Minél magasabb a miniatürizálási szint, annál nagyobb a szelektivitási követelmény a finom minták tökéletes megjelenítésének biztosítása érdekében. Mivel a maratás iránya egyenes, a kationos maratás szelektivitása alacsony, míg a gyökös maratás szelektivitása magas, ami javítja a RIE szelektivitását.
5. Maratási folyamat
5. ábra. Maratási folyamat
Először a lapkát egy oxidációs kemencébe helyezik, amelynek hőmérsékletét 800 és 1000 ℃ között tartják, majd száraz módszerrel egy nagy szigetelő tulajdonságokkal rendelkező szilícium-dioxid (SiO2) filmet képeznek a lapka felületén. Ezután kémiai gőzfázisú leválasztással (CVD)/fizikai gőzfázisú leválasztással (PVD) szilíciumréteget vagy vezető réteget képeznek az oxidfilmen. Ha szilíciumréteg képződik, szükség esetén szennyeződés-diffúziós folyamat hajtható végre a vezetőképesség növelése érdekében. A szennyeződés-diffúziós folyamat során gyakran több szennyeződést adnak hozzá ismételten.
Ekkor a szigetelőréteget és a poliszilikon réteget kombinálni kell a maratáshoz. Először egy fotorezisztet használnak. Ezt követően egy maszkot helyeznek a fotoreziszt filmre, és nedves expozíciót végeznek bemerítéssel, hogy a kívánt mintát (szabad szemmel láthatatlan) rányomják a fotoreziszt filmre. Amikor az előhívás során a minta körvonala láthatóvá válik, a fotorezisztet a fényérzékeny területen eltávolítják. Ezután a fotolitográfiai eljárással előállított ostyát a marási folyamatba helyezik át száraz maratás céljából.
A száraz maratást főként reaktív ionmaratással (RIE) végzik, amelynek során a maratást főként az egyes filmekhez megfelelő forrásgáz cseréjével ismétlik. Mind a száraz, mind a nedves maratás célja a maratás képarányának (A/R érték) növelése. Ezenkívül rendszeres tisztításra van szükség a furat alján felhalmozódott polimer (a maratás által létrehozott rés) eltávolításához. A lényeg az, hogy minden változót (például anyagokat, forrásgázt, időt, formát és sorrendet) szervesen kell beállítani annak érdekében, hogy a tisztítóoldat vagy a plazma forrásgáz lefolyhasson az árok aljára. Egy változó kismértékű változása a többi változó újraszámítását igényli, és ezt az újraszámítási folyamatot addig ismétlik, amíg az megfelel az egyes szakaszok céljának. Az utóbbi időben a monoatomikus rétegek, mint például az atomréteg-leválasztási (ALD) rétegek, vékonyabbá és keményebbé váltak. Ezért a maratási technológia az alacsony hőmérsékletek és nyomások alkalmazása felé halad. A maratási eljárás célja a kritikus dimenzió (CD) szabályozása a finom mintázatok létrehozása és a maratási folyamat által okozott problémák elkerülése érdekében, különösen az alulmaratás és a maradványok eltávolításával kapcsolatos problémák elkerülése érdekében. A fenti két, a maratásról szóló cikk célja, hogy az olvasók megértsék a maratási folyamat célját, a fenti célok elérését akadályozó tényezőket, valamint az ilyen akadályok leküzdésére használt teljesítménymutatókat.
Közzététel ideje: 2024. szeptember 10.