Կիսահաղորդչային նախշերի ստեղծման գործընթացի հոսքային փորագրություն

Վաղ թաց փորագրությունը նպաստեց մաքրման կամ մոխրացման գործընթացների զարգացմանը: Այսօր պլազմայի միջոցով չոր փորագրությունը դարձել է հիմնական մեթոդ:փորագրման գործընթացՊլազման բաղկացած է էլեկտրոններից, կատիոններից և ռադիկալներից։ Պլազմային հաղորդվող էներգիան հանգեցնում է աղբյուր գազի չեզոք վիճակում գտնվող ամենահեռավոր էլեկտրոնների անջատմանը, այդպիսով այդ էլեկտրոնները վերածելով կատիոնների։

Բացի այդ, մոլեկուլների մեջ անկատար ատոմները կարող են հեռացվել՝ էներգիա կիրառելով՝ էլեկտրականորեն չեզոք ռադիկալներ առաջացնելու համար: Չոր փորագրման դեպքում օգտագործվում են կատիոններ և պլազմա կազմող ռադիկալներ, որտեղ կատիոնները անիզոտրոպ են (հարմար են որոշակի ուղղությամբ փորագրման համար), իսկ ռադիկալները՝ իզոտրոպ (հարմար են բոլոր ուղղություններով փորագրման համար): Ռադիկալների քանակը շատ ավելի մեծ է, քան կատիոնների քանակը: Այս դեպքում չոր փորագրումը պետք է լինի իզոտրոպ, ինչպես թաց փորագրումը:

Սակայն, չոր փորագրման անիզոտրոպ փորագրումն է, որը հնարավոր է դարձնում գերմանիատյուրացված սխեմաների ստեղծումը։ Ո՞րն է դրա պատճառը։ Բացի այդ, կատիոնների և ռադիկալների փորագրման արագությունը շատ դանդաղ է։ Այսպիսով, ինչպե՞ս կարող ենք պլազմային փորագրման մեթոդները կիրառել զանգվածային արտադրության մեջ՝ այս թերության պայմաններում։

 

 

1. Ասպեկտի հարաբերակցություն (A/R)

 

Նկար 1. Ասպեկտի հարաբերակցության հասկացությունը և տեխնոլոգիական առաջընթացի ազդեցությունը դրա վրա

 

Ասպեկտի հարաբերակցությունը հորիզոնական լայնության և ուղղահայաց բարձրության հարաբերակցությունն է (այսինքն՝ բարձրությունը բաժանած լայնության վրա): Որքան փոքր է սխեմայի կրիտիկական չափը (ԿՉ), այնքան մեծ է ասպեկտի հարաբերակցության արժեքը: Այսինքն՝ ենթադրելով ասպեկտի հարաբերակցության 10 արժեք և լայնություն 10 նմ, փորագրման գործընթացում փորված անցքի բարձրությունը պետք է լինի 100 նմ: Հետևաբար, հաջորդ սերնդի արտադրանքի համար, որոնք պահանջում են ուլտրամանուշակագույն (2D) կամ բարձր խտություն (3D), անհրաժեշտ են չափազանց բարձր ասպեկտի հարաբերակցության արժեքներ՝ ապահովելու համար, որ կատիոնները կարողանան ներթափանցել ներքևի թաղանթը փորագրման ընթացքում:

 

Երկչափ արտադրանքներում 10 նմ-ից պակաս կրիտիկական չափսերով գերմանիատյուրիզացման տեխնոլոգիա ստանալու համար դինամիկ պատահական մուտքի հիշողության (DRAM) կոնդենսատորային կողմերի հարաբերակցության արժեքը պետք է պահպանվի 100-ից բարձր: Նմանապես, եռաչափ NAND ֆլեշ հիշողությունը նույնպես պահանջում է ավելի բարձր կողմերի հարաբերակցության արժեքներ՝ բջիջների 256 կամ ավելի շերտերը դարսելու համար: Նույնիսկ եթե այլ գործընթացների համար անհրաժեշտ պայմանները բավարարված են, անհրաժեշտ արտադրանքը չի կարող արտադրվել, եթեփորագրման գործընթացչի համապատասխանում չափանիշներին: Ահա թե ինչու է փորագրման տեխնոլոգիան գնալով ավելի կարևոր դառնում:

 

 

2. Պլազմային փորագրության ընդհանուր պատկերը

 

Նկար 2. Պլազմային աղբյուրի գազի որոշումը՝ ըստ թաղանթի տեսակի

 

Երբ օգտագործվում է խոռոչ խողովակ, որքան նեղ է խողովակի տրամագիծը, այնքան ավելի հեշտ է հեղուկի մուտքը, ինչը կոչվում է մազանոթային երևույթ: Սակայն, եթե բաց տարածքում պետք է անցք (փակ ծայր) բացվի, հեղուկի մուտքը բավականին դժվար է դառնում: Հետևաբար, քանի որ 1970-ականների կեսերին շղթայի կրիտիկական չափը 3մմ-ից մինչև 5մմ էր, չոր...փորագրությունաստիճանաբար փոխարինել է թաց փորագրությանը որպես հիմնական մեթոդ։ Այսինքն՝ չնայած իոնացված լինելուն, այն ավելի հեշտ է թափանցել խորը անցքերի մեջ, քանի որ մեկ մոլեկուլի ծավալը փոքր է օրգանական պոլիմերային լուծույթի մոլեկուլի ծավալից։

Պլազմային փորագրման ժամանակ, փորագրման համար օգտագործվող մշակման խցիկի ներքին մասը պետք է կարգավորվի վակուումային վիճակի՝ համապատասխան շերտի համար հարմար պլազմային աղբյուրի գազ ներարկելուց առաջ: Պինդ օքսիդային թաղանթների փորագրման ժամանակ պետք է օգտագործվեն ավելի ուժեղ ածխածնային ֆտորիդի վրա հիմնված աղբյուրային գազեր: Համեմատաբար թույլ սիլիցիումային կամ մետաղական թաղանթների համար պետք է օգտագործվեն քլորի վրա հիմնված պլազմային աղբյուրային գազեր:

Այսպիսով, ինչպե՞ս պետք է փորագրվեն դարպասի շերտը և դրա տակ գտնվող սիլիցիումի երկօքսիդի (SiO2) մեկուսիչ շերտը։

Նախ, դարպասի շերտի համար սիլիցիումը պետք է հեռացվի քլորի վրա հիմնված պլազմայի (սիլիցիում + քլոր) միջոցով՝ պոլիսիլիցիումի փորագրման ընտրողականությամբ: Ստորին մեկուսիչ շերտի համար սիլիցիումի երկօքսիդի թաղանթը պետք է փորագրվի երկու քայլով՝ օգտագործելով ածխածնի ֆտորիդի վրա հիմնված պլազմային աղբյուր գազ (սիլիցիումի երկօքսիդ + ածխածնի տետրաֆտորիդ)՝ ավելի ուժեղ փորագրման ընտրողականությամբ և արդյունավետությամբ:

 

 

3. Ռեակտիվ իոնային փորագրման (RIE կամ ֆիզիկաքիմիական փորագրման) գործընթաց

 

Նկար 3. Ռեակտիվ իոնային փորագրման առավելությունները (անիզոտրոպիա և փորագրման բարձր արագություն)

 

Պլազման պարունակում է և՛ իզոտրոպ ազատ ռադիկալներ, և՛ անիզոտրոպ կատիոններ, ուստի ինչպե՞ս է այն կատարում անիզոտրոպ փորագրություն։

Պլազմային չոր փորագրումը հիմնականում իրականացվում է ռեակտիվ իոնային փորագրման (RIE, Reactive Ion Etching) կամ այս մեթոդի վրա հիմնված կիրառությունների միջոցով: RIE մեթոդի միջուկը թաղանթում թիրախային մոլեկուլների միջև կապող ուժը թուլացնելն է՝ փորագրման տարածքը անիզոտրոպ կատիոններով հարձակվելով: Թուլացած տարածքը կլանվում է ազատ ռադիկալների կողմից, միանում շերտը կազմող մասնիկներին, վերածվում գազի (ցնդող միացություն) և արտանետվում:

Չնայած ազատ ռադիկալներն ունեն իզոտրոպ բնութագրեր, ստորին մակերեսը կազմող մոլեկուլները (որոնց կապող ուժը թուլանում է կատիոնների հարձակման հետևանքով) ավելի հեշտությամբ են կլանվում ազատ ռադիկալների կողմից և վերածվում նոր միացությունների, քան ուժեղ կապող ուժ ունեցող կողային պատերը: Հետևաբար, ներքևից փորագրումը դառնում է հիմնական հոսանք: Կլանված մասնիկները ազատ ռադիկալներով վերածվում են գազի, որոնք վակուումի ազդեցությամբ դեսորբվում և արտազատվում են մակերեսից:

 

Այս պահին ֆիզիկական և քիմիական փորագրման համար համատեղվում են ֆիզիկական և քիմիական փորագրման կատիոնները, և փորագրման արագությունը (Etch Rate, փորագրման աստիճանը որոշակի ժամանակահատվածում) մեծանում է 10 անգամ՝ համեմատած կատիոնային փորագրման կամ միայն ազատ ռադիկալ փորագրման դեպքի հետ։ Այս մեթոդը կարող է ոչ միայն բարձրացնել անիզոտրոպ ներքև ուղղված փորագրման փորագրման արագությունը, այլև լուծել փորագրումից հետո պոլիմերային մնացորդի խնդիրը։ Այս մեթոդը կոչվում է ռեակտիվ իոնային փորագրություն (RIE)։ RIE փորագրման հաջողության գրավականը թաղանթը փորագրելու համար հարմար պլազմային աղբյուր գազ գտնելն է։ Նշում. Պլազմային փորագրությունը RIE փորագրություն է, և երկուսն էլ կարելի է դիտարկել որպես նույն հասկացությունը։

 

 

4. Փորագրման հաճախականություն և միջուկի կատարողականության ինդեքս

 

Նկար 4. Հիմնական փորագրման կատարողականի ինդեքսը՝ կապված փորագրման արագության հետ

 

Փորագրման արագությունը վերաբերում է թաղանթի այն խորությանը, որը կարելի է հասնել մեկ րոպեում: Այսպիսով, ի՞նչ է նշանակում, որ փորագրման արագությունը տարբերվում է մեկ թիթեղի վրա մասից մաս:

Սա նշանակում է, որ փորագրման խորությունը տատանվում է վաֆլիի վրա մասից մաս: Այդ պատճառով շատ կարևոր է սահմանել այն վերջնական կետը (EOP), որտեղ փորագրումը պետք է ավարտվի՝ հաշվի առնելով փորագրման միջին արագությունը և փորագրման խորությունը: Նույնիսկ եթե EOP-ն սահմանված է, դեռևս կան որոշ տարածքներ, որտեղ փորագրման խորությունը ավելի խորն է (գերփորագրված) կամ ավելի մակերեսային (թերփորագրված), քան նախապես նախատեսված էր: Այնուամենայնիվ, թերփորագրումը ավելի մեծ վնաս է պատճառում, քան փորագրման ընթացքում գերփորագրումը: Քանի որ թերփորագրման դեպքում թերփորագրված մասը կխոչընդոտի հետագա գործընթացներին, ինչպիսին է իոնային իմպլանտացիան:

Միևնույն ժամանակ, ընտրողականությունը (չափվում է փորագրման արագությամբ) փորագրման գործընթացի հիմնական կատարողականի ցուցանիշն է: Չափման ստանդարտը հիմնված է դիմակի շերտի (ֆոտոռեզիստային թաղանթ, օքսիդային թաղանթ, սիլիցիումի նիտրիդային թաղանթ և այլն) և թիրախային շերտի փորագրման արագության համեմատության վրա: Սա նշանակում է, որ որքան բարձր է ընտրողականությունը, այնքան արագ է փորագրվում թիրախային շերտը: Որքան բարձր է մանրացման մակարդակը, այնքան բարձր է ընտրողականության պահանջը՝ նուրբ նախշերի կատարյալ ներկայացումն ապահովելու համար: Քանի որ փորագրման ուղղությունը ուղիղ է, կատիոնային փորագրման ընտրողականությունը ցածր է, մինչդեռ ռադիկալ փորագրման ընտրողականությունը բարձր է, ինչը բարելավում է RIE-ի ընտրողականությունը:

 

 

5. Փորագրման գործընթաց

 

Նկար 5. Փորագրման գործընթաց

 

Սկզբում վաֆլիի կտորը տեղադրվում է օքսիդացման վառարանում՝ 800-ից 1000℃ ջերմաստիճանում, որից հետո չոր եղանակով վաֆլիի մակերեսին ձևավորվում է բարձր մեկուսիչ հատկություններով սիլիցիումի երկօքսիդի (SiO2) թաղանթ: Այնուհետև, քիմիական գոլորշու նստեցման (CVD)/ֆիզիկական գոլորշու նստեցման (PVD) միջոցով օքսիդային թաղանթի վրա սիլիցիումի շերտ կամ հաղորդիչ շերտ ձևավորելու համար սկսվում է նստեցման գործընթացը: Եթե ձևավորվում է սիլիցիումի շերտ, անհրաժեշտության դեպքում կարող է իրականացվել խառնուրդների դիֆուզիայի գործընթաց՝ հաղորդականությունը բարձրացնելու համար: Խառնուրդների դիֆուզիայի գործընթացի ընթացքում հաճախ բազմիցս ավելացվում են բազմաթիվ խառնուրդներ:

Այս պահին փորագրման համար պետք է համատեղել մեկուսիչ և պոլիսիլիցիումային շերտերը։ Սկզբում օգտագործվում է լուսառեզիստ։ Այնուհետև, լուսառեզիստային թաղանթի վրա տեղադրվում է դիմակ, և թաց ազդեցություն է իրականացվում ընկղմման միջոցով՝ ցանկալի նախշը (անզեն աչքով անտեսանելի) տպելու համար լուսառեզիստային թաղանթի վրա։ Երբ նախշի ուրվագիծը երևում է մշակման միջոցով, լուսազգայուն հատվածում գտնվող լուսառեզիստը հեռացվում է։ Այնուհետև, ֆոտոլիտոգրաֆիայի գործընթացով մշակված թիթեղը տեղափոխվում է փորագրման գործընթաց՝ չոր փորագրման համար։

Չոր փորագրումը հիմնականում իրականացվում է ռեակտիվ իոնային փորագրման (RIE) միջոցով, որի դեպքում փորագրումը կրկնվում է հիմնականում յուրաքանչյուր թաղանթի համար հարմար աղբյուրի գազը փոխարինելով: Ե՛վ չոր, և՛ թաց փորագրման նպատակն է բարձրացնել փորագրման ասպեկտի հարաբերակցությունը (A/R արժեքը): Բացի այդ, անհրաժեշտ է կանոնավոր մաքրում՝ անցքի հատակում կուտակված պոլիմերը (փորագրման արդյունքում առաջացած բացը) հեռացնելու համար: Կարևոր կետն այն է, որ բոլոր փոփոխականները (օրինակ՝ նյութեր, աղբյուրի գազ, ժամանակ, ձև և հաջորդականություն) պետք է կարգավորվեն օրգանական կերպով՝ ապահովելու համար, որ մաքրող լուծույթը կամ պլազմային աղբյուրի գազը կարողանան հոսել դեպի խրամատի հատակը: Փոփոխականի աննշան փոփոխությունը պահանջում է այլ փոփոխականների վերահաշվարկ, և այս վերահաշվարկի գործընթացը կրկնվում է մինչև այն համապատասխանի յուրաքանչյուր փուլի նպատակին: Վերջերս մոնոատոմային շերտերը, ինչպիսիք են ատոմային շերտի նստեցման (ALD) շերտերը, դարձել են ավելի բարակ և կարծր: Հետևաբար, փորագրման տեխնոլոգիան շարժվում է դեպի ցածր ջերմաստիճանների և ճնշումների օգտագործում: Փորագրման գործընթացը նպատակ ունի վերահսկել կրիտիկական չափը (CD)՝ նուրբ նախշեր ստանալու և ապահովելու համար, որ փորագրման գործընթացի հետևանքով առաջացած խնդիրները խուսափվեն, մասնավորապես՝ թերփորագրումը և մնացորդների հեռացման հետ կապված խնդիրները: Վերոնշյալ երկու հոդվածները փորագրության վերաբերյալ նպատակ ունեն ընթերցողներին պատկերացում տալ փորագրության գործընթացի նպատակի, վերը նշված նպատակներին հասնելու խոչընդոտների և նման խոչընդոտները հաղթահարելու համար օգտագործվող կատարողականի ցուցանիշների մասին։