Pengukiran basah awal menggalakkan perkembangan proses pembersihan atau pengabuan. Hari ini, pengukiran kering menggunakan plasma telah menjadi arus perdana.proses etsaPlasma terdiri daripada elektron, kation dan radikal. Tenaga yang dikenakan pada plasma menyebabkan elektron paling luar gas sumber dalam keadaan neutral tertanggal, sekali gus menukarkan elektron ini kepada kation.
Di samping itu, atom yang tidak sempurna dalam molekul boleh ditanggalkan dengan menggunakan tenaga untuk membentuk radikal neutral elektrik. Pengukiran kering menggunakan kation dan radikal yang membentuk plasma, di mana kation adalah anisotropik (sesuai untuk pengukiran dalam arah tertentu) dan radikal adalah isotropik (sesuai untuk pengukiran dalam semua arah). Bilangan radikal adalah jauh lebih besar daripada bilangan kation. Dalam kes ini, pengukiran kering hendaklah isotropik seperti pengukiran basah.
Walau bagaimanapun, pengetsaan anisotropik bagi pengetsaan keringlah yang memungkinkan litar ultra-miniatur. Apakah sebabnya? Di samping itu, kelajuan pengetsaan kation dan radikal adalah sangat perlahan. Jadi bagaimana kita boleh menggunakan kaedah pengetsaan plasma untuk pengeluaran besar-besaran dalam menghadapi kekurangan ini?
1. Nisbah Aspek (A/R)
Rajah 1. Konsep nisbah aspek dan kesan kemajuan teknologi ke atasnya
Nisbah Aspek ialah nisbah lebar mendatar kepada ketinggian menegak (iaitu, ketinggian dibahagikan dengan lebar). Semakin kecil dimensi kritikal (CD) litar, semakin besar nilai nisbah aspek. Iaitu, dengan mengandaikan nilai nisbah aspek 10 dan lebar 10nm, ketinggian lubang yang digerudi semasa proses pengetsaan hendaklah 100nm. Oleh itu, untuk produk generasi akan datang yang memerlukan ultra-pengecilan (2D) atau ketumpatan tinggi (3D), nilai nisbah aspek yang sangat tinggi diperlukan untuk memastikan kation boleh menembusi filem bawah semasa pengetsaan.
Untuk mencapai teknologi ultra-pengecilan dengan dimensi kritikal kurang daripada 10nm dalam produk 2D, nilai nisbah aspek kapasitor memori akses rawak dinamik (DRAM) harus dikekalkan melebihi 100. Begitu juga, memori kilat NAND 3D juga memerlukan nilai nisbah aspek yang lebih tinggi untuk menyusun 256 lapisan atau lebih lapisan penyusunan sel. Walaupun syarat-syarat yang diperlukan untuk proses lain dipenuhi, produk yang diperlukan tidak dapat dihasilkan jikaproses etsatidak mencapai piawaian. Inilah sebabnya mengapa teknologi pengukiran menjadi semakin penting.
2. Gambaran Keseluruhan Pengukiran Plasma
Rajah 2. Menentukan gas sumber plasma mengikut jenis filem
Apabila paip berongga digunakan, semakin sempit diameter paip, semakin mudah cecair masuk, yang merupakan fenomena kapilari yang dipanggil. Walau bagaimanapun, jika lubang (hujung tertutup) hendak digerudi di kawasan yang terdedah, kemasukan cecair menjadi agak sukar. Oleh itu, memandangkan saiz kritikal litar ialah 3um hingga 5um pada pertengahan 1970-an, keringukirantelah secara beransur-ansur menggantikan pengukiran basah sebagai arus perdana. Iaitu, walaupun terionisasi, ia lebih mudah menembusi lubang yang dalam kerana isipadu molekul tunggal lebih kecil daripada molekul larutan polimer organik.
Semasa pengukiran plasma, bahagian dalam ruang pemprosesan yang digunakan untuk pengukiran hendaklah dilaraskan kepada keadaan vakum sebelum menyuntik gas sumber plasma yang sesuai untuk lapisan yang berkaitan. Apabila mengukira filem oksida pepejal, gas sumber berasaskan karbon fluorida yang lebih kuat hendaklah digunakan. Untuk filem silikon atau logam yang agak lemah, gas sumber plasma berasaskan klorin hendaklah digunakan.
Jadi, bagaimanakah lapisan pintu pagar dan lapisan penebat silikon dioksida (SiO2) di bawahnya harus diukir?
Pertama, untuk lapisan pintu gerbang, silikon harus disingkirkan menggunakan plasma berasaskan klorin (silikon + klorin) dengan selektiviti pengukiran polisilikon. Untuk lapisan penebat bawah, filem silikon dioksida harus diukir dalam dua langkah menggunakan gas sumber plasma berasaskan karbon fluorida (silikon dioksida + karbon tetrafluorida) dengan selektiviti dan keberkesanan pengukiran yang lebih kuat.
3. Proses pengetsaan ion reaktif (pengetsaan RIE atau fizikokimia)
Rajah 3. Kelebihan pengetsaan ion reaktif (anisotropi dan kadar pengetsaan tinggi)
Plasma mengandungi kedua-dua radikal bebas isotropik dan kation anisotropik, jadi bagaimana ia melakukan pengetsaan anisotropik?
Pengetsaan kering plasma terutamanya dilakukan melalui pengetsaan ion reaktif (RIE, Pengetsaan Ion Reaktif) atau aplikasi berdasarkan kaedah ini. Teras kaedah RIE adalah untuk melemahkan daya ikatan antara molekul sasaran dalam filem dengan menyerang kawasan pengetsaan dengan kation anisotropik. Kawasan yang lemah diserap oleh radikal bebas, digabungkan dengan zarah yang membentuk lapisan, ditukar menjadi gas (sebatian meruap) dan dibebaskan.
Walaupun radikal bebas mempunyai ciri-ciri isotropik, molekul yang membentuk permukaan bawah (yang daya ikatannya dilemahkan oleh serangan kation) lebih mudah ditangkap oleh radikal bebas dan ditukar menjadi sebatian baharu berbanding dinding sisi dengan daya ikatan yang kuat. Oleh itu, pengetsaan ke bawah menjadi arus perdana. Zarah-zarah yang ditangkap menjadi gas bersama radikal bebas, yang diserap dan dilepaskan dari permukaan di bawah tindakan vakum.
Pada masa ini, kation yang diperoleh melalui tindakan fizikal dan radikal bebas yang diperoleh melalui tindakan kimia digabungkan untuk pengukiran fizikal dan kimia, dan kadar pengukiran (Kadar Pengukiran, tahap pengukiran dalam tempoh masa tertentu) meningkat sebanyak 10 kali ganda berbanding dengan kes pengukiran kationik atau pengukiran radikal bebas sahaja. Kaedah ini bukan sahaja boleh meningkatkan kadar pengukiran pengukiran anisotropik ke bawah, tetapi juga menyelesaikan masalah sisa polimer selepas pengukiran. Kaedah ini dipanggil pengukiran ion reaktif (RIE). Kunci kejayaan pengukiran RIE adalah untuk mencari gas sumber plasma yang sesuai untuk mengukiran filem. Nota: Pengukiran plasma adalah pengukiran RIE, dan kedua-duanya boleh dianggap sebagai konsep yang sama.
4. Kadar Etsa dan Indeks Prestasi Teras
Rajah 4. Indeks Prestasi Etsa Teras berkaitan dengan Kadar Etsa
Kadar etsa merujuk kepada kedalaman filem yang dijangka dicapai dalam satu minit. Jadi apakah maksudnya kadar etsa berbeza dari bahagian ke bahagian pada satu wafer?
Ini bermakna kedalaman etsa berbeza-beza dari bahagian ke bahagian pada wafer. Atas sebab ini, adalah sangat penting untuk menetapkan titik akhir (EOP) di mana etsa harus dihentikan dengan mempertimbangkan kadar etsa purata dan kedalaman etsa. Walaupun EOP ditetapkan, masih terdapat beberapa kawasan di mana kedalaman etsa lebih dalam (terlebih teruk) atau lebih cetek (terkurang teruk) daripada yang dirancang pada asalnya. Walau bagaimanapun, pengetsaan yang kurang teruk menyebabkan lebih banyak kerosakan daripada pengetsaan yang berlebihan semasa pengetsaan. Kerana dalam kes pengetsaan yang kurang teruk, bahagian yang kurang teruk akan menghalang proses seterusnya seperti implantasi ion.
Sementara itu, selektiviti (diukur dengan kadar etsa) merupakan penunjuk prestasi utama proses etsa. Piawaian pengukuran adalah berdasarkan perbandingan kadar etsa lapisan topeng (filem fotoresis, filem oksida, filem silikon nitrida, dll.) dan lapisan sasaran. Ini bermakna semakin tinggi selektiviti, semakin cepat lapisan sasaran dietsa. Semakin tinggi tahap pengecilan, semakin tinggi keperluan selektiviti untuk memastikan corak halus dapat dibentangkan dengan sempurna. Oleh kerana arah etsa adalah lurus, selektiviti etsa kationik adalah rendah, manakala selektiviti etsa radikal adalah tinggi, yang meningkatkan selektiviti RIE.
5. Proses ukiran
Rajah 5. Proses pengukiran
Pertama, wafer diletakkan di dalam relau pengoksidaan dengan suhu yang dikekalkan antara 800 dan 1000℃, dan kemudian filem silikon dioksida (SiO2) dengan sifat penebat yang tinggi dibentuk pada permukaan wafer melalui kaedah kering. Seterusnya, proses pemendapan dimasukkan untuk membentuk lapisan silikon atau lapisan konduktif pada filem oksida melalui pemendapan wap kimia (CVD)/pemendapan wap fizikal (PVD). Jika lapisan silikon terbentuk, proses resapan bendasing boleh dilakukan untuk meningkatkan kekonduksian jika perlu. Semasa proses resapan bendasing, pelbagai bendasing sering ditambah berulang kali.
Pada masa ini, lapisan penebat dan lapisan polisilikon perlu digabungkan untuk pengetsaan. Pertama, fotoresis digunakan. Seterusnya, topeng diletakkan pada filem fotoresis dan pendedahan basah dilakukan dengan rendaman untuk mencetak corak yang diingini (tidak dapat dilihat dengan mata kasar) pada filem fotoresis. Apabila garis besar corak didedahkan melalui pembangunan, fotoresis di kawasan fotosensitif akan dikeluarkan. Kemudian, wafer yang diproses oleh proses fotolitografi dipindahkan ke proses pengetsaan untuk pengetsaan kering.
Pengukiran kering terutamanya dijalankan melalui pengukiran ion reaktif (RIE), di mana pengukiran diulang terutamanya dengan menggantikan gas sumber yang sesuai untuk setiap filem. Kedua-dua pengukiran kering dan pengukiran basah bertujuan untuk meningkatkan nisbah aspek (nilai A/R) pengukiran. Di samping itu, pembersihan berkala diperlukan untuk membuang polimer yang terkumpul di bahagian bawah lubang (jurang yang dibentuk oleh pengukiran). Perkara penting ialah semua pembolehubah (seperti bahan, gas sumber, masa, bentuk dan urutan) harus diselaraskan secara organik untuk memastikan larutan pembersih atau gas sumber plasma dapat mengalir ke bahagian bawah parit. Perubahan kecil dalam pembolehubah memerlukan pengiraan semula pembolehubah lain, dan proses pengiraan semula ini diulang sehingga memenuhi tujuan setiap peringkat. Baru-baru ini, lapisan monoatom seperti lapisan pemendapan lapisan atom (ALD) telah menjadi lebih nipis dan lebih keras. Oleh itu, teknologi pengukiran sedang bergerak ke arah penggunaan suhu dan tekanan rendah. Proses pengukiran bertujuan untuk mengawal dimensi kritikal (CD) untuk menghasilkan corak halus dan memastikan masalah yang disebabkan oleh proses pengukiran dielakkan, terutamanya pengukiran yang kurang dan masalah yang berkaitan dengan penyingkiran sisa. Dua artikel mengenai pengukiran di atas bertujuan untuk memberi pemahaman kepada pembaca tentang tujuan proses pengukiran, halangan untuk mencapai matlamat di atas, dan petunjuk prestasi yang digunakan untuk mengatasi halangan tersebut.
Masa siaran: 10-Sep-2024