Ankstyvasis šlapiasis ėsdinimas paskatino valymo arba deginimo procesų vystymąsi. Šiandien pagrindiniu tapo sausas ėsdinimas plazma.ėsdinimo procesasPlazmą sudaro elektronai, katijonai ir radikalai. Dėl plazmai tiekiamos energijos pašalinami išoriniai šaltinio dujų elektronai neutralioje būsenoje, todėl šie elektronai paverčiami katijonais.
Be to, netobulus atomus molekulėse galima pašalinti panaudojant energiją, kad susidarytų elektriškai neutralūs radikalai. Sausajame ėsdinime naudojami katijonai ir radikalai, kurie sudaro plazmą, kur katijonai yra anizotropiniai (tinkami ėsdinti tam tikra kryptimi), o radikalai – izotropiniai (tinkami ėsdinti visomis kryptimis). Radikalų skaičius yra daug didesnis nei katijonų skaičius. Šiuo atveju sausas ėsdinimas turėtų būti izotropinis kaip ir šlapias ėsdinimas.
Tačiau būtent anizotropinis sausojo ėsdinimo ėsdinimas leidžia sukurti itin miniatiūrines grandines. Kokia to priežastis? Be to, katijonų ir radikalų ėsdinimo greitis yra labai mažas. Taigi, kaip, susidūrus su šiuo trūkumu, galime pritaikyti plazminio ėsdinimo metodus masinei gamybai?
1. Vaizdo santykis (A/R)
1 pav. Vaizdo santykio sąvoka ir technologinės pažangos poveikis jai
Vaizdo santykis yra horizontalaus pločio ir vertikalaus aukščio santykis (t. y. aukštis, padalytas iš pločio). Kuo mažesnis grandinės kritinis matmuo (CD), tuo didesnė vaizdo santykio vertė. Tai yra, darant prielaidą, kad vaizdo santykio vertė yra 10, o plotis – 10 nm, ėsdinimo proceso metu išgręžiamos skylės aukštis turėtų būti 100 nm. Todėl naujos kartos gaminiams, kuriems reikalingas itin miniatiūrizavimas (2D) arba didelis tankis (3D), reikalingos itin didelės vaizdo santykio vertės, kad katijonai ėsdinimo metu galėtų prasiskverbti pro apatinę plėvelę.
Norint pasiekti ultraminiatiūrizacijos technologiją, kurios kritinis matmuo yra mažesnis nei 10 nm 2D gaminiuose, dinaminės atsitiktinės prieigos atminties (DRAM) kondensatoriaus kraštinių santykis turėtų būti didesnis nei 100. Panašiai ir 3D NAND „flash“ atminčiai taip pat reikia didesnių kraštinių santykio verčių, kad būtų galima sukrauti 256 ar daugiau ląstelių sluoksnių. Net jei būtų įvykdytos kitiems procesams reikalingos sąlygos, reikiamų produktų negalima pagaminti, jei...ėsdinimo procesasneatitinka standarto. Štai kodėl ėsdinimo technologija tampa vis svarbesnė.
2. Plazminio ėsdinimo apžvalga
2 pav. Plazmos šaltinio dujų nustatymas pagal plėvelės tipą
Kai naudojamas tuščiaviduris vamzdis, kuo siauresnis vamzdžio skersmuo, tuo lengviau skysčiui patekti, tai yra vadinamasis kapiliarinis reiškinys. Tačiau jei atviroje vietoje reikia gręžti skylę (uždarą galą), skysčio patekimas tampa gana sudėtingas. Todėl, kadangi aštuntojo dešimtmečio viduryje kritinis grandinės dydis buvo nuo 3 iki 5 μm, sausasėsdinimaspalaipsniui pakeitė šlapiąjį ėsdinimą kaip pagrindinę technologiją. Tai yra, nors ir jonizuota, lengviau prasiskverbti pro gilias skyles, nes vienos molekulės tūris yra mažesnis nei organinio polimero tirpalo molekulės tūris.
Plazminio ėsdinimo metu, prieš įpurškiant atitinkamam sluoksniui tinkamas plazmos šaltinio dujas, ėsdinimui naudojamos apdorojimo kameros viduje turėtų būti nustatytas vakuumas. Ėsdinant kieto oksido plėveles, turėtų būti naudojamos stipresnės anglies fluorido pagrindu pagamintos šaltinio dujos. Santykinai silpnoms silicio ar metalo plėvelėms turėtų būti naudojamos chloro pagrindu pagamintos plazmos šaltinio dujos.
Taigi, kaip turėtų būti išgraviruotas vartų sluoksnis ir po juo esantis silicio dioksido (SiO2) izoliacinis sluoksnis?
Pirma, vartų sluoksniui silicis turėtų būti pašalintas naudojant chloro pagrindu pagamintą plazmą (silicis + chloras), pasižyminčią polikristalinio silicio ėsdinimo selektyvumu. Apatiniam izoliaciniam sluoksniui silicio dioksido plėvelė turėtų būti ėsdinama dviem etapais, naudojant anglies fluorido pagrindu pagamintas plazmos šaltinio dujas (silicio dioksidas + anglies tetrafluoridas), pasižyminčias stipresniu ėsdinimo selektyvumu ir efektyvumu.
3. Reaktyviojo jonų ėsdinimo (RIE arba fizikocheminio ėsdinimo) procesas
3 pav. Reaktyviojo jonų ėsdinimo privalumai (anizotropija ir didelis ėsdinimo greitis)
Plazmoje yra ir izotropinių laisvųjų radikalų, ir anizotropinių katijonų, tad kaip ji atlieka anizotropinį ėsdinimą?
Plazminis sausas ėsdinimas daugiausia atliekamas reaktyviuoju jonų ėsdinimu (RIE, Reactive Ion Etching) arba šiuo metodu pagrįstomis programomis. RIE metodo esmė – susilpninti plėvelėje esančių taikinių molekulių jungimosi jėgą, atakuojant ėsdinimo sritį anizotropiniais katijonais. Susilpnėjusią sritį absorbuoja laisvieji radikalai, jie susijungia su sluoksnį sudarančiomis dalelėmis, paverčia dujomis (lakiu junginiu) ir išskiria.
Nors laisvieji radikalai pasižymi izotropinėmis savybėmis, apatinį paviršių sudarančios molekulės (kurių jungimosi jėgą silpnina katijonų ataka) yra lengviau pagautos laisvųjų radikalų ir paverčiamos naujais junginiais nei šoninės sienelės su stipria jungimosi jėga. Todėl ėsdinimas žemyn tampa pagrindine tendencija. Sugautos dalelės virsta dujomis su laisvaisiais radikalais, kurie desorbuojami ir išsiskiria iš paviršiaus veikiant vakuumui.
Šiuo metu fizikinio poveikio metu gauti katijonai ir cheminio poveikio metu gauti laisvieji radikalai sujungiami fizikiniam ir cheminiam ėsdinimui, o ėsdinimo greitis (ėsdinimo greitis, ėsdinimo laipsnis per tam tikrą laiką) padidėja 10 kartų, palyginti su vien tik katijoniniu arba laisvųjų radikalų ėsdinimu. Šis metodas gali ne tik padidinti anizotropinio ėsdinimo žemyn ėsdinimo greitį, bet ir išspręsti polimero likučių po ėsdinimo problemą. Šis metodas vadinamas reaktyviuoju jonų ėsdinimu (RIE). RIE ėsdinimo sėkmės raktas yra rasti plazmos šaltinio dujas, tinkamas plėvelei ėsdinti. Pastaba: Plazminis ėsdinimas yra RIE ėsdinimas, ir abu gali būti laikomi ta pačia koncepcija.
4. Ėsdinimo greitis ir pagrindinis našumo indeksas
4 pav. Pagrindinis ėsdinimo efektyvumo indeksas, susijęs su ėsdinimo greičiu
Ėsdinimo greitis reiškia plėvelės storį, kuris turėtų būti pasiektas per vieną minutę. Taigi, ką reiškia, kad ėsdinimo greitis kiekvienoje plokštelės dalyje skiriasi?
Tai reiškia, kad ėsdinimo gylis kiekvienoje plokštelės dalyje skiriasi. Dėl šios priežasties labai svarbu nustatyti galinį tašką (EOP), kuriame ėsdinimas turėtų būti sustabdytas, atsižvelgiant į vidutinį ėsdinimo greitį ir ėsdinimo gylį. Net jei EOP nustatytas, vis tiek yra sričių, kuriose ėsdinimo gylis yra didesnis (per daug ėsdintas) arba mažesnis (nepakankamai ėsdintas), nei iš pradžių planuota. Tačiau nepakankamas ėsdinimas ėsdinimo metu padaro daugiau žalos nei per didelis ėsdinimas. Nes nepakankamo ėsdinimo atveju nepakankamai ėsdinta dalis trukdys vėlesniems procesams, tokiems kaip jonų implantacija.
Tuo tarpu selektyvumas (matuojamas ėsdinimo greičiu) yra pagrindinis ėsdinimo proceso našumo rodiklis. Matavimo standartas pagrįstas kaukės sluoksnio (fotorezistinės plėvelės, oksido plėvelės, silicio nitrido plėvelės ir kt.) ir tikslinio sluoksnio ėsdinimo greičio palyginimu. Tai reiškia, kad kuo didesnis selektyvumas, tuo greičiau išėsdinamas tikslinis sluoksnis. Kuo aukštesnis miniatiūrizacijos lygis, tuo didesnis selektyvumo reikalavimas, siekiant užtikrinti, kad būtų galima puikiai pateikti smulkius raštus. Kadangi ėsdinimo kryptis yra tiesi, katijoninio ėsdinimo selektyvumas yra mažas, o radikalinio ėsdinimo selektyvumas yra didelis, o tai pagerina radikalinio ėsdinimo selektyvumą.
5. Ėsdinimo procesas
5 pav. Ėsdinimo procesas
Pirma, plokštelė dedama į oksidacijos krosnį, kurios temperatūra palaikoma nuo 800 iki 1000 ℃, o tada sausuoju būdu ant plokštelės paviršiaus suformuojama silicio dioksido (SiO2) plėvelė, pasižyminti didelėmis izoliacinėmis savybėmis. Toliau pradedamas nusodinimo procesas, kurio metu ant oksido plėvelės, naudojant cheminį garų nusodinimą (CVD) / fizikinį garų nusodinimą (PVD), suformuojamas silicio sluoksnis arba laidus sluoksnis. Jei susidaro silicio sluoksnis, prireikus galima atlikti priemaišų difuzijos procesą, siekiant padidinti laidumą. Priemaišų difuzijos proceso metu dažnai pakartotinai pridedama daug priemaišų.
Šiuo metu izoliacinis sluoksnis ir polikristalinio silicio sluoksnis turi būti sujungti ėsdinimui. Pirmiausia naudojamas fotorezistas. Vėliau ant fotorezistinės plėvelės uždedama kaukė ir atliekama šlapioji ekspozicija panardinant, kad ant fotorezistinės plėvelės būtų atspausdintas norimas raštas (plika akimi nematomas). Kai ryškinimo metu išryškėja rašto kontūras, fotorezistas jautrioje šviesai srityje pašalinamas. Tada fotolitografijos būdu apdorota plokštelė perkeliama į ėsdinimo procesą sausam ėsdinimui.
Sausas ėsdinimas daugiausia atliekamas reaktyviuoju joniniu ėsdinimu (RIE), kai ėsdinimas kartojamas daugiausia keičiant kiekvienai plėvelei tinkamas šaltinio dujas. Tiek sauso, tiek šlapio ėsdinimo tikslas – padidinti ėsdinimo kraštinių santykį (A/R vertę). Be to, reikia reguliariai valyti, kad būtų pašalintas skylės apačioje (ėsdinimo metu susidaręs tarpas) susikaupęs polimeras. Svarbu tai, kad visi kintamieji (pvz., medžiagos, šaltinio dujos, laikas, forma ir seka) turėtų būti organiškai sureguliuoti, siekiant užtikrinti, kad valymo tirpalas arba plazmos šaltinio dujos galėtų tekėti į tranšėjos dugną. Nedidelis kintamojo pokytis reikalauja perskaičiuoti kitus kintamuosius, ir šis perskaičiavimo procesas kartojamas tol, kol jis atitinka kiekvieno etapo tikslą. Pastaruoju metu monoatominiai sluoksniai, tokie kaip atominio sluoksnio nusodinimo (ALD) sluoksniai, tapo plonesni ir kietesni. Todėl ėsdinimo technologija pereina prie žemos temperatūros ir slėgio naudojimo. Ėsdinimo proceso tikslas – kontroliuoti kritinį matmenį (CD), kad būtų gauti smulkūs raštai ir išvengta ėsdinimo proceso sukeliamų problemų, ypač nepakankamo ėsdinimo ir problemų, susijusių su likučių šalinimu. Du aukščiau pateikti straipsniai apie ėsdinimą siekia suteikti skaitytojams supratimą apie ėsdinimo proceso tikslą, kliūtis, trukdančias pasiekti minėtus tikslus, ir veiklos rodiklius, naudojamus tokioms kliūtims įveikti.
Įrašo laikas: 2024 m. rugsėjo 10 d.