Déi fréi Naassätzung huet d'Entwécklung vu Reinigungs- oder Äscheprozesser gefördert. Haut ass d'Dréchenätzung mat Plasma de Mainstream ginn.ÄtzprozessPlasma besteet aus Elektronen, Kationen a Radikale. D'Energie, déi dem Plasma zougeworf gëtt, bewierkt, datt déi baussenzeg Elektronen vum Quellgas an engem neutralen Zoustand ofgestrichen ginn, wouduerch dës Elektronen a Kationen ëmgewandelt ginn.
Zousätzlech kënnen onperfekt Atomer a Molekülle duerch d'Applikatioun vun Energie ofgeschaaft ginn, fir elektresch neutral Radikale ze bilden. Dréchent Ätzen benotzt Kationen a Radikale, déi de Plasma ausmaachen, wou Kationen anisotrop sinn (gëeegent fir d'Ätzen an eng bestëmmte Richtung) a Radikale isotrop sinn (gëeegent fir d'Ätzen an all Richtungen). D'Zuel vun de Radikale ass vill méi grouss wéi d'Zuel vun de Kationen. An dësem Fall soll dréchent Ätzen isotrop sinn, wéi naass Ätzen.
Allerdéngs ass et dat anisotropescht Ätzen vum Dréchenätzen, dat ultra-miniaturiséiert Schaltkreesser méiglech mécht. Wat ass de Grond dofir? Zousätzlech ass d'Ätzgeschwindegkeet vu Kationen a Radikale ganz lues. Wéi kënne mir also Plasmaätzmethoden op d'Masseproduktioun uwenden, wann mir dëse Manktem hunn?
1. Bildverhältnis (A/R)
Figur 1. De Konzept vum Aspektverhältnis an den Impakt vum technologesche Fortschrëtt drop
D'Aspektverhältnis ass d'Verhältnis vun der horizontaler Breet zu der vertikaler Héicht (dh Héicht gedeelt duerch Breet). Wat méi kleng déi kritesch Dimensioun (CD) vum Circuit ass, wat méi grouss ass de Wäert vum Aspektverhältnis. Dat heescht, ënner der Viraussetzung vun engem Aspektverhältnis vun 10 an enger Breet vun 10 nm, soll d'Héicht vum Lach, dat während dem Ätzprozess gebuert gëtt, 100 nm sinn. Dofir sinn fir Produkter vun der nächster Generatioun, déi Ultra-Miniaturiséierung (2D) oder héich Dicht (3D) erfuerderen, extrem héich Aspektverhältniswäerter erfuerderlech, fir sécherzestellen, datt Kationen de Buedemfilm während dem Ätzen andrénge kënnen.
Fir d'Ultra-Miniaturiséierungstechnologie mat enger kritescher Dimensioun vu manner wéi 10nm an 2D-Produkter z'erreechen, soll de Kondensator-Aspektverhältniswäert vum dynameschen Zouganksspäicher (DRAM) iwwer 100 gehale ginn. Ähnlech brauch den 3D-NAND-Flashspäicher och méi héich Aspektverhältniswäerter fir 256 Schichten oder méi Zell-Stapelschichten ze stapelen. Och wann d'Konditioune fir aner Prozesser erfëllt sinn, kënnen déi erfuerderlech Produkter net produzéiert ginn, wann...Ätzprozessass net dem Standard entspriechend. Dofir gëtt d'Ätztechnologie ëmmer méi wichteg.
2. Iwwersiicht iwwer d'Plasmaätzen
Figur 2. Bestëmmung vum Plasmaquellgas no Filmtyp
Wann en huel Päif benotzt gëtt, wat méi enk den Duerchmiesser vum Päif ass, wat méi einfach et ass fir Flëssegkeet anzegoen, wat dat sougenannt Kapillarphänomen ass. Wann awer e Lach (zouenen Enn) an der fräier Fläch gebuert soll ginn, gëtt den Zougank vun der Flëssegkeet zimlech schwéier. Dofir, well déi kritesch Gréisst vum Circuit Mëtt vun den 1970er Joren 3µm bis 5µm war, hunn dréchen...Ätzunghuet d'Naassätzen no an no als Mainstream ersat. Dat heescht, obwuel et ioniséiert ass, ass et méi einfach, déif Lächer anzedringen, well de Volumen vun engem eenzege Molekül méi kleng ass wéi dee vun engem Molekül vun enger organescher Polymerléisung.
Beim Plasmaätzen soll den Interieur vun der Veraarbechtungskammer, déi fir d'Ätzen benotzt gëtt, op e Vakuumzoustand agestallt ginn, ier de fir déi jeeweileg Schicht gëeegente Plasmaquellgas injizéiert gëtt. Beim Ätzen vu festen Oxidfilmer solle méi staark Quellgaser op Kuelestoff- a Fluoridbasis benotzt ginn. Fir relativ schwaach Silizium- oder Metallfilmer solle Plasmaquellgaser op Chlorbasis benotzt ginn.
Also, wéi sollen d'Gate-Schicht an déi ënnerläitend isoléierend Siliziumdioxid (SiO2)-Schicht geätzt ginn?
Fir d'éischt soll Silizium fir d'Gate-Schicht mat engem Chlor-baséierte Plasma (Silizium + Chlor) mat Polysilizium-Ätzselektivitéit ewechgeholl ginn. Fir déi ënnescht isoléierend Schicht soll de Siliziumdioxidfilm an zwee Schrëtt mat engem Plasmaquellgas op Kuelestofffluoridbasis (Siliziumdioxid + Kuelestofftetrafluorid) mat méi staarker Ätzselektivitéit an Effizienz geätzt ginn.
3. Reaktiv Ionenätzprozess (RIE oder physikochemesch Ätzen)
Figur 3. Virdeeler vun der reaktiver Ionenätzung (Anisotropie an héich Ätzgeschwindegkeet)
Plasma enthält souwuel isotrop fräi Radikale wéi och anisotrop Kationen, wéi funktionéiert et also duerch anisotrop Ätzung?
Plasma-Drécheätzen gëtt haaptsächlech duerch Reaktiv-Ionenätzen (RIE, Reactive Ion Etching) oder Uwendungen baséiert op dëser Method duerchgefouert. De Kär vun der RIE-Method ass d'Bindungskraaft tëscht Zilmolekülen am Film ze schwächen andeems d'Ätzfläch mat anisotrope Kationen attackéiert gëtt. Déi geschwächt Fläch gëtt vu fräie Radikale absorbéiert, mat de Partikelen kombinéiert, déi d'Schicht ausmaachen, a Gas (eng flüchteg Verbindung) ëmgewandelt a fräigesat.
Obwuel fräi Radikale isotrop Charakteristiken hunn, ginn d'Moleküle vun der ënneschter Uewerfläch (déi hir Bindungskraaft duerch den Ugrëff vu Kationen geschwächt gëtt) méi einfach vu fräie Radikale gefaange geholl an an nei Verbindungen ëmgewandelt wéi Säitewänn mat enger staarker Bindungskraaft. Dofir gëtt d'Ätzen no ënnen de Mainstream. Déi gefaange Partikelen ginn zu Gas mat fräie Radikale, déi ënner der Wierkung vum Vakuum vun der Uewerfläch desorbéiert a fräigesat ginn.
Zu dësem Zäitpunkt ginn d'Kationen, déi duerch physikalesch Handlung kritt ginn, an d'fräi Radikale, déi duerch chemesch Handlung kritt ginn, fir physikalesch a chemesch Ätzung kombinéiert, an d'Ätzquote (Ätzquote, de Grad vun der Ätzung an enger bestëmmter Zäitperiod) gëtt ëm den 10-fache erhéicht am Verglach zum Fall vun der kationescher Ätzung oder fräier Radikalätzung eleng. Dës Method kann net nëmmen d'Ätzquote vum anisotropen Abwärtsätzung erhéijen, mä och de Problem vu Polymerrescht nom Ätzen léisen. Dës Method gëtt Reaktiv-Ionen-Ätzen (RIE) genannt. De Schlëssel zum Erfolleg vum RIE-Ätzen ass et, e Plasmaquellgas ze fannen, dat fir d'Ätzen vum Film gëeegent ass. Bemierkung: Plasmaätzen ass RIE-Ätzen, an déi zwee kënnen als datselwecht Konzept ugesi ginn.
4. Ätzrate a Kärleistungsindex
Figur 4. Core Etch Performance Index am Zesummenhang mat der Ätzrate
D'Ätzrate bezitt sech op d'Déift vum Film, déi erwaart gëtt an enger Minutt erreecht ze ginn. Wat bedeit et also, datt d'Ätzrate vun Deel zu Deel op enger eenzeger Wafer variéiert?
Dëst bedeit, datt d'Ätzdéift vun Deel zu Deel um Wafer variéiert. Aus dësem Grond ass et ganz wichteg, den Endpunkt (EOP) festzeleeën, wou d'Ätzen ophale soll, andeems een déi duerchschnëttlech Ätzrate an d'Ätzdéift berécksiichtegt. Och wann den EOP festgeluecht ass, gëtt et ëmmer nach Beräicher, wou d'Ätzdéift méi déif (iwwergeätzt) oder méi flaach (ënnergeätzt) ass wéi ursprénglech geplangt. Ënnerätzung verursaacht awer méi Schued wéi Iwwerätzung beim Ätzen. Well am Fall vun Ënnerätzung den ënnergeätzten Deel spéider Prozesser wéi Ionenimplantatioun behënnert.
Mëttlerweil ass d'Selektivitéit (gemooss un der Ätzgeschwindegkeet) e Schlësselindikator fir d'Leeschtung vum Ätzprozess. De Miessstandard baséiert op dem Verglach vun der Ätzgeschwindegkeet vun der Maskeschicht (Photoresistfilm, Oxidfilm, Siliziumnitridfilm, etc.) an der Zilschicht. Dëst bedeit, datt wat méi héich d'Selektivitéit ass, wat méi séier d'Zilschicht geätzt gëtt. Wat méi héich den Niveau vun der Miniaturiséierung ass, wat méi héich ass d'Ufuerderung un d'Selektivitéit, fir sécherzestellen, datt fein Mustere perfekt duergestallt kënne ginn. Well d'Ätzrichtung riicht ass, ass d'Selektivitéit vum kationeschen Ätzen niddreg, während d'Selektivitéit vum Radikalätzen héich ass, wat d'Selektivitéit vum RIE verbessert.
5. Ätzprozess
Figur 5. Ätzprozess
Fir d'éischt gëtt de Wafer an en Oxidatiounsuewen mat enger Temperatur tëscht 800 an 1000 ℃ geluecht, an duerno gëtt e Siliziumdioxid (SiO2)-Film mat héijen Isolatiounseigenschaften op der Uewerfläch vum Wafer duerch eng dréchen Method geformt. Duerno gëtt den Oflagerungsprozess ageleet, fir eng Siliziumschicht oder eng leitfäeg Schicht op dem Oxidfilm duerch chemesch Dampfoflagerung (CVD)/physikalesch Dampfoflagerung (PVD) ze bilden. Wann eng Siliziumschicht geformt gëtt, kann en Onreinheetsdiffusiounsprozess duerchgefouert ginn, fir d'Leetfäegkeet ze erhéijen, wann néideg. Wärend dem Onreinheetsdiffusiounsprozess ginn dacks ëmmer erëm verschidden Onreinheeten derbäigesat.
Zu dësem Zäitpunkt sollten d'Isolatiounsschicht an d'Polysiliziumschicht fir d'Ätze kombinéiert ginn. Als éischt gëtt e Photoresist benotzt. Duerno gëtt eng Mask op de Photoresistfilm geluecht an d'Naassbeliichtung gëtt duerch Tauchen duerchgefouert, fir dat gewënschte Muster (onsichtbar fir blouss Aen) op de Photoresistfilm ze drécken. Wann d'Musterkontur duerch d'Entwécklung ze gesinn ass, gëtt de Photoresist am photosensitive Beräich ewechgeholl. Duerno gëtt de Wafer, deen duerch de Photolithographieprozess veraarbecht gouf, an den Ätzeprozess fir d'Drécheätze transferéiert.
Dréchent Ätzen gëtt haaptsächlech duerch Reaktiv-Ionenätzen (RIE) duerchgefouert, bei deem d'Ätzen haaptsächlech duerch den Ersatz vum Quellgas, deen fir all Film gëeegent ass, widderholl gëtt. Souwuel dréchent wéi och naass Ätzen zielen drop of, den Aspektverhältnis (A/R-Wäert) vum Ätzen ze erhéijen. Zousätzlech ass eng reegelméisseg Reinigung noutwendeg, fir de Polymer ze entfernen, deen um Buedem vum Lach gesammelt ass (d'Lück, déi duerch d'Ätzen entsteet). De wichtege Punkt ass, datt all Variabelen (wéi Materialien, Quellgas, Zäit, Form a Sequenz) organesch ugepasst solle ginn, fir sécherzestellen, datt d'Botzléisung oder de Plasmaquellgas bis op de Buedem vum Graben fléisse kann. Eng kleng Ännerung vun enger Variabel erfuerdert eng Neiberechnung vun anere Variabelen, an dëse Neiberechnungsprozess gëtt widderholl, bis en den Zweck vun all Etapp erfëllt. An der leschter Zäit sinn monoatomesch Schichten, wéi z. B. Atomschichtdepositiounsschichten (ALD), méi dënn a méi haart ginn. Dofir beweegt sech d'Ätzetechnologie a Richtung vun der Notzung vun niddregen Temperaturen an Drock. Den Ätzeprozess zielt drop of, déi kritesch Dimensioun (CD) ze kontrolléieren, fir fein Muster ze produzéieren an dofir ze suergen, datt Problemer, déi duerch den Ätzeprozess verursaacht ginn, vermeit ginn, besonnesch Ënnerätzen a Problemer am Zesummenhang mat der Réckstännentfernung. Déi uewe genannten zwee Artikelen iwwer Ätzung zielen drop of, de Lieser e Verständnis vum Zweck vum Ätzprozess, den Hindernisser fir d'Erreeche vun den uewe genannten Ziler an d'Leeschtungsindikatoren ze vermëttelen, déi benotzt gi fir sou Hindernisser ze iwwerwannen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 10. September 2024