Agrīnā mitrā kodināšana veicināja tīrīšanas vai pārpelnošanas procesu attīstību. Mūsdienās sausā kodināšana, izmantojot plazmu, ir kļuvusi par galveno praksi.kodināšanas processPlazma sastāv no elektroniem, katjoniem un radikāļiem. Plazmai pieliktā enerģija izraisa neitrālā stāvoklī esošo avota gāzes ārējo elektronu atdalīšanu, tādējādi pārvēršot šos elektronus katjonos.
Turklāt molekulās esošos nepilnīgos atomus var atdalīt, pielietojot enerģiju, lai veidotu elektriski neitrālus radikāļus. Sausajā kodināšanā tiek izmantoti katjoni un radikāļi, kas veido plazmu, kur katjoni ir anizotropiski (piemēroti kodināšanai noteiktā virzienā) un radikāļi ir izotropiski (piemēroti kodināšanai visos virzienos). Radikāļu skaits ir daudz lielāks nekā katjonu skaits. Šajā gadījumā sausajai kodināšanai jābūt izotropiskai tāpat kā mitrajai kodināšanai.
Tomēr tieši sausās kodināšanas anizotropiskā kodināšana padara iespējamu īpaši miniaturizētu shēmu izveidi. Kāds ir iemesls tam? Turklāt katjonu un radikāļu kodināšanas ātrums ir ļoti lēns. Tātad, kā mēs varam pielietot plazmas kodināšanas metodes masveida ražošanā, ņemot vērā šo trūkumu?
1. Malu attiecība (A/R)
1. attēls. Attēla malu attiecības jēdziens un tehnoloģiskā progresa ietekme uz to
Malu attiecība ir horizontālā platuma un vertikālā augstuma attiecība (t. i., augstums dalīts ar platumu). Jo mazāks ir shēmas kritiskais izmērs (CD), jo lielāka ir malu attiecības vērtība. Tas ir, pieņemot, ka malu attiecības vērtība ir 10 un platums ir 10 nm, kodināšanas procesā izurbtā cauruma augstumam jābūt 100 nm. Tāpēc nākamās paaudzes produktiem, kuriem nepieciešama ultraminiaturizācija (2D) vai augsts blīvums (3D), ir nepieciešamas ārkārtīgi augstas malu attiecības vērtības, lai nodrošinātu, ka katjoni kodināšanas laikā var iekļūt apakšējā plēvē.
Lai 2D produktos sasniegtu ultraminiaturizācijas tehnoloģiju ar kritisko izmēru, kas mazāks par 10 nm, dinamiskās brīvpiekļuves atmiņas (DRAM) kondensatora malu attiecības vērtībai jābūt virs 100. Līdzīgi arī 3D NAND zibatmiņai ir nepieciešamas augstākas malu attiecības vērtības, lai sakrautu 256 vai vairāk šūnu sakraušanas slāņus. Pat ja ir izpildīti citiem procesiem nepieciešamie nosacījumi, nepieciešamos produktus nevar ražot, jakodināšanas processneatbilst standartiem. Tāpēc kodināšanas tehnoloģija kļūst arvien svarīgāka.
2. Plazmas kodināšanas pārskats
2. attēls. Plazmas avota gāzes noteikšana atkarībā no plēves veida
Ja tiek izmantota doba caurule, jo šaurāks ir caurules diametrs, jo vieglāk tajā iekļūst šķidrums, kas ir tā sauktā kapilārā parādība. Tomēr, ja atklātajā zonā ir jāurbj caurums (slēgts gals), šķidruma ieplūde kļūst diezgan sarežģīta. Tāpēc, tā kā ķēdes kritiskais izmērs 20. gs. septiņdesmito gadu vidū bija no 3 µm līdz 5 µm, sausākodināšanapakāpeniski ir aizstājusi mitro kodināšanu kā galveno metodi. Tas nozīmē, ka, lai gan jonizēta, tai ir vieglāk iekļūt dziļos caurumos, jo vienas molekulas tilpums ir mazāks nekā organiskā polimēra šķīduma molekulas tilpums.
Plazmas kodināšanas laikā pirms attiecīgajam slānim piemērotas plazmas avota gāzes ievadīšanas kodināšanai izmantotās apstrādes kameras iekšpuse jāpielāgo vakuuma stāvoklim. Kodinot cietās oksīda plēves, jāizmanto spēcīgākas uz oglekļa fluorīda bāzes veidotas avota gāzes. Relatīvi vājām silīcija vai metāla plēvēm jāizmanto uz hlora bāzes veidotas plazmas avota gāzes.
Tātad, kā vajadzētu iegravēt vārtu slāni un pamatā esošo silīcija dioksīda (SiO2) izolācijas slāni?
Vispirms vārtu slānim silīcijs jānoņem, izmantojot uz hlora bāzes veidotu plazmu (silīcijs + hlors) ar polisilīcija kodināšanas selektivitāti. Apakšējam izolācijas slānim silīcija dioksīda plēve jākodina divos posmos, izmantojot uz oglekļa fluorīda bāzes veidotu plazmas avota gāzi (silīcija dioksīds + oglekļa tetrafluorīds) ar spēcīgāku kodināšanas selektivitāti un efektivitāti.
3. Reaktīvās jonu kodināšanas (RIE jeb fizikāli ķīmiskās kodināšanas) process
3. attēls. Reaktīvās jonu kodināšanas priekšrocības (anizotropija un augsts kodināšanas ātrums)
Plazma satur gan izotropiskus brīvos radikāļus, gan anizotropiskus katjonus, tāpēc kā tā veic anizotropisku kodināšanu?
Plazmas sauso kodināšanu galvenokārt veic, izmantojot reaktīvo jonu kodināšanu (RIE, Reactive Ion Etching) vai uz šīs metodes balstītus pielietojumus. RIE metodes pamatā ir vājināt saistīšanās spēku starp mērķa molekulām plēvē, uzbrūkot kodināšanas zonai ar anizotropiem katjoniem. Novājināto zonu absorbē brīvie radikāļi, savienojas ar slāni veidojošajām daļiņām, pārvērš gāzē (gaistošā savienojumā) un atbrīvo.
Lai gan brīvajiem radikāļiem piemīt izotropiskas īpašības, molekulas, kas veido apakšējo virsmu (kuru saistīšanās spēku vājina katjonu uzbrukums), brīvie radikāļi vieglāk uztver un pārvērš jaunos savienojumos nekā sānu sienas ar spēcīgu saistīšanās spēku. Tāpēc kodināšana uz leju kļūst par galveno plūsmu. Uztvertās daļiņas pārvēršas gāzē ar brīvajiem radikāļiem, kas desorbējas un atbrīvojas no virsmas vakuuma ietekmē.
Šajā laikā fizikālās darbības rezultātā iegūtie katjoni un ķīmiskās darbības rezultātā iegūtie brīvie radikāļi tiek apvienoti fizikālai un ķīmiskai kodināšanai, un kodināšanas ātrums (kodināšanas ātrums, kodināšanas pakāpe noteiktā laika periodā) palielinās 10 reizes, salīdzinot ar katjoniskās kodināšanas vai brīvo radikāļu kodināšanas metodi vien. Šī metode var ne tikai palielināt anizotropiskās kodināšanas lejupvērstās kodināšanas ātrumu, bet arī atrisināt polimēru atlikumu problēmu pēc kodināšanas. Šo metodi sauc par reaktīvo jonu kodināšanu (RIE). RIE kodināšanas panākumu atslēga ir atrast plazmas avota gāzi, kas piemērota plēves kodināšanai. Piezīme: Plazmas kodināšana ir RIE kodināšana, un abas var uzskatīt par vienu un to pašu jēdzienu.
4. Kodināšanas ātrums un pamata veiktspējas indekss
4. attēls. Kodināšanas ātrumam atbilstošais kodola kodināšanas veiktspējas indekss
Kodināšanas ātrums attiecas uz plēves biezumu, kas paredzams sasniegt vienas minūtes laikā. Ko nozīmē tas, ka kodināšanas ātrums atšķiras no vienas plāksnes daļas uz otru?
Tas nozīmē, ka kodināšanas dziļums dažādās plāksnītes daļās atšķiras. Šī iemesla dēļ ir ļoti svarīgi noteikt beigu punktu (EOP), kurā kodināšanai jāpārtraucas, ņemot vērā vidējo kodināšanas ātrumu un kodināšanas dziļumu. Pat ja EOP ir iestatīts, joprojām ir dažas zonas, kur kodināšanas dziļums ir dziļāks (pārāk kodināts) vai seklāks (nepietiekami kodināts) nekā sākotnēji plānots. Tomēr nepietiekama kodināšana kodināšanas laikā rada lielākus bojājumus nekā pārmērīga kodināšana. Jo nepietiekamas kodināšanas gadījumā nepietiekami kodinātā daļa kavēs turpmākos procesus, piemēram, jonu implantāciju.
Tikmēr selektivitāte (mērot ar kodināšanas ātrumu) ir kodināšanas procesa galvenais veiktspējas rādītājs. Mērīšanas standarts ir balstīts uz maskas slāņa (fotorezista plēves, oksīda plēves, silīcija nitrīda plēves utt.) kodināšanas ātruma salīdzinājumu ar mērķa slāni. Tas nozīmē, ka jo augstāka ir selektivitāte, jo ātrāk tiek kodināts mērķa slānis. Jo augstāks ir miniaturizācijas līmenis, jo augstāka ir selektivitātes prasība, lai nodrošinātu, ka smalkus rakstus var perfekti attēlot. Tā kā kodināšanas virziens ir taisns, katjoniskās kodināšanas selektivitāte ir zema, savukārt radikālās kodināšanas selektivitāte ir augsta, kas uzlabo RIE selektivitāti.
5. Kodināšanas process
5. attēls. Kodināšanas process
Vispirms plāksni ievieto oksidācijas krāsnī, kuras temperatūra tiek uzturēta no 800 līdz 1000 ℃, un pēc tam ar sauso metodi uz plāksnītes virsmas izveido silīcija dioksīda (SiO2) plēvi ar augstām izolācijas īpašībām. Pēc tam ar ķīmiskās tvaiku pārklāšanas (CVD)/fizikālās tvaiku pārklāšanas (PVD) palīdzību uz oksīda plēves tiek uzsākts nogulsnēšanas process, lai izveidotu silīcija slāni vai vadošu slāni. Ja tiek izveidots silīcija slānis, nepieciešamības gadījumā var veikt piemaisījumu difūzijas procesu, lai palielinātu vadītspēju. Piemaisījumu difūzijas procesā bieži atkārtoti tiek pievienoti vairāki piemaisījumi.
Šajā laikā izolācijas slānis un polisilīcija slānis jāapvieno kodināšanai. Vispirms tiek izmantots fotorezists. Pēc tam uz fotorezista plēves tiek uzlikta maska un veikta mitrā ekspozīcija, iegremdējot, lai uz fotorezista plēves uzdrukātu vēlamo rakstu (ar neapbruņotu aci neredzamu). Kad attīstīšanas rezultātā atklājas raksta kontūra, fotorezists gaismjutīgajā zonā tiek noņemts. Pēc tam fotolitogrāfijas procesā apstrādātā plāksne tiek pārnesta uz kodināšanas procesu sausai kodināšanai.
Sauso kodināšanu galvenokārt veic ar reaktīvo jonu kodināšanu (RIE), kurā kodināšana tiek atkārtota galvenokārt nomainot katrai plēvei piemērotu avota gāzi. Gan sausās, gan mitrās kodināšanas mērķis ir palielināt kodināšanas malu attiecību (A/R vērtību). Turklāt ir nepieciešama regulāra tīrīšana, lai noņemtu polimēru, kas uzkrājies cauruma apakšā (kodināšanas radītajā spraugā). Svarīgi ir tas, ka visi mainīgie (piemēram, materiāli, avota gāze, laiks, forma un secība) ir jāpielāgo organiski, lai nodrošinātu, ka tīrīšanas šķīdums vai plazmas avota gāze var plūst līdz tranšejas apakšai. Nelielas izmaiņas mainīgajā lielumā prasa citu mainīgo lielumu pārrēķināšanu, un šis pārrēķināšanas process tiek atkārtots, līdz tas atbilst katra posma mērķim. Nesen monoatomiskie slāņi, piemēram, atomu slāņu uzklāšanas (ALD) slāņi, ir kļuvuši plānāki un cietāki. Tāpēc kodināšanas tehnoloģija virzās uz zemu temperatūru un spiedienu izmantošanu. Kodināšanas procesa mērķis ir kontrolēt kritisko izmēru (CD), lai iegūtu smalkus rakstus un nodrošinātu, ka tiek novērstas kodināšanas procesa radītās problēmas, īpaši nepietiekama kodināšana un problēmas, kas saistītas ar atlikumu noņemšanu. Iepriekš minētie divi raksti par kodināšanu ir paredzēti, lai sniegtu lasītājiem izpratni par kodināšanas procesa mērķi, šķēršļiem iepriekš minēto mērķu sasniegšanai un snieguma rādītājiem, ko izmanto, lai pārvarētu šos šķēršļus.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 10. septembris