Het vroege nat etsen bevorderde de ontwikkeling van reinigings- of verassingsprocessen. Tegenwoordig is droog etsen met plasma de gangbare methode geworden.etsprocesPlasma bestaat uit elektronen, kationen en radicalen. De energie die op het plasma wordt toegepast, zorgt ervoor dat de buitenste elektronen van het brongas in neutrale toestand worden afgestoten, waardoor deze elektronen worden omgezet in kationen.
Bovendien kunnen imperfecte atomen in moleculen worden verwijderd door energie toe te passen om elektrisch neutrale radicalen te vormen. Droog etsen maakt gebruik van kationen en radicalen die plasma vormen, waarbij kationen anisotroop zijn (geschikt om in een bepaalde richting te etsen) en radicalen isotroop (geschikt om in alle richtingen te etsen). Het aantal radicalen is veel groter dan het aantal kationen. In dit geval moet droog etsen net zo isotroop zijn als nat etsen.
Het is echter de anisotrope droogetstechniek die ultrageminiaturiseerde schakelingen mogelijk maakt. Wat is de reden hiervoor? Bovendien is de etssnelheid van kationen en radicalen erg laag. Hoe kunnen we plasma-etsmethoden dan toepassen op massaproductie ondanks deze tekortkoming?
1. Beeldverhouding (A/R)
Figuur 1. Het concept beeldverhouding en de impact van technologische vooruitgang daarop
De aspectverhouding is de verhouding tussen de horizontale breedte en de verticale hoogte (d.w.z. de hoogte gedeeld door de breedte). Hoe kleiner de kritische dimensie (CD) van het circuit, hoe groter de aspectverhouding. Dat wil zeggen, uitgaande van een aspectverhouding van 10 en een breedte van 10 nm, moet de hoogte van het gat dat tijdens het etsproces wordt geboord 100 nm zijn. Daarom zijn voor producten van de volgende generatie die ultraminiaturisatie (2D) of hoge dichtheid (3D) vereisen, extreem hoge aspectverhoudingen vereist om ervoor te zorgen dat kationen de onderste film kunnen penetreren tijdens het etsen.
Om ultraminiaturisatietechnologie met een kritische dimensie van minder dan 10 nm in 2D-producten te bereiken, moet de condensatoraspectverhouding van dynamisch random access memory (DRAM) boven de 100 worden gehouden. Evenzo vereist 3D NAND-flashgeheugen ook hogere aspectverhoudingen om 256 of meer lagen celstapeling te stapelen. Zelfs als aan de voorwaarden voor andere processen wordt voldaan, kunnen de vereiste producten niet worden geproduceerd als deetsprocesvoldoet niet aan de norm. Daarom wordt etstechnologie steeds belangrijker.
2. Overzicht van plasma-etsen
Figuur 2. Bepaling van het plasmabrongas op basis van het filmtype
Bij gebruik van een holle buis geldt: hoe kleiner de buisdiameter, hoe gemakkelijker vloeistof kan binnendringen, wat het zogenaamde capillaire fenomeen is. Wanneer echter een gat (met gesloten uiteinde) in de blootgestelde zone moet worden geboord, wordt de toevoer van vloeistof aanzienlijk bemoeilijkt. Aangezien de kritische grootte van het circuit halverwege de jaren 70 tussen 3 en 5 µm lag, is droog water daarom een oplossing.etsenheeft nat etsen geleidelijk vervangen als gangbare techniek. Dat wil zeggen, hoewel geïoniseerd, is het gemakkelijker om diepe gaten te penetreren omdat het volume van een enkel molecuul kleiner is dan dat van een molecuul in een organische polymeeroplossing.
Tijdens plasma-etsen moet de binnenkant van de etskamer in een vacuümtoestand worden gebracht voordat het plasmabrongas wordt geïnjecteerd dat geschikt is voor de betreffende laag. Bij het etsen van vaste oxidefilms moeten sterkere brongassen op basis van koolstoffluoride worden gebruikt. Voor relatief zwakke silicium- of metaalfilms moeten plasmabrongassen op basis van chloor worden gebruikt.
Hoe moeten de gate-laag en de onderliggende isolatielaag van siliciumdioxide (SiO2) worden geëtst?
Ten eerste moet silicium voor de gatelaag worden verwijderd met behulp van een chloorgebaseerd plasma (silicium + chloor) met polysilicium-etsselectiviteit. Voor de onderste isolatielaag moet de siliciumdioxidefilm in twee stappen worden geëtst met behulp van een plasmagas op basis van koolstoffluoride (siliciumdioxide + koolstoftetrafluoride) met een sterkere etsselectiviteit en effectiviteit.
3. Reactief ionen-etsproces (RIE of fysicochemisch etsproces)
Figuur 3. Voordelen van reactief ionenetsen (anisotropie en hoge etssnelheid)
Plasma bevat zowel isotrope vrije radicalen als anisotrope kationen. Hoe voert het anisotrope etsing uit?
Plasma droog etsen wordt voornamelijk uitgevoerd door middel van reactief ionen etsen (RIE, Reactive Ion Etching) of toepassingen gebaseerd op deze methode. De kern van de RIE-methode is het verzwakken van de bindingskracht tussen doelmoleculen in de film door het etsgebied aan te vallen met anisotrope kationen. Het verzwakte gebied wordt geabsorbeerd door vrije radicalen, gecombineerd met de deeltjes waaruit de laag bestaat, omgezet in gas (een vluchtige verbinding) en weer vrijgegeven.
Hoewel vrije radicalen isotrope eigenschappen hebben, worden moleculen die het onderste oppervlak vormen (waarvan de bindingskracht wordt verzwakt door de aanval van kationen) gemakkelijker door vrije radicalen gevangen en omgezet in nieuwe verbindingen dan zijwanden met een sterke bindingskracht. Daarom wordt neerwaarts etsen de hoofdmoot. De gevangen deeltjes vormen gas met vrije radicalen, die onder vacuüm worden gedesorbeerd en van het oppervlak worden vrijgegeven.
Hierbij worden de door fysische actie verkregen kationen en de door chemische actie verkregen vrije radicalen gecombineerd voor fysisch en chemisch etsen. De etssnelheid (etssnelheid, de mate van etsing in een bepaalde tijd) wordt 10 keer verhoogd in vergelijking met alleen kationisch etsen of etsen met vrije radicalen. Deze methode kan niet alleen de etssnelheid van anisotroop neerwaarts etsen verhogen, maar ook het probleem van polymeerresten na het etsen oplossen. Deze methode wordt reactief ionen etsen (RIE) genoemd. De sleutel tot het succes van RIE-etsen is het vinden van een plasmagasbron die geschikt is voor het etsen van de film. Opmerking: Plasma-etsen is RIE-etsen, en beide kunnen als hetzelfde concept worden beschouwd.
4. Etssnelheid en kernprestatie-index
Figuur 4. Kern-etsprestatie-index gerelateerd aan etssnelheid
Etssnelheid verwijst naar de filmdiepte die naar verwachting in één minuut bereikt wordt. Wat betekent het dat de etssnelheid van onderdeel tot onderdeel op een enkele wafer varieert?
Dit betekent dat de etsdiepte varieert van onderdeel tot onderdeel op de wafer. Daarom is het erg belangrijk om het eindpunt (EOP) in te stellen waar het etsen moet stoppen, rekening houdend met de gemiddelde etssnelheid en etsdiepte. Zelfs als de EOP is ingesteld, zijn er nog steeds gebieden waar de etsdiepte dieper (overgeëtst) of ondieper (ondergeëtst) is dan oorspronkelijk gepland. Onderetsen veroorzaakt echter meer schade dan overetsen tijdens het etsen. Bij onderetsen zal het ondergeëtste onderdeel namelijk latere processen, zoals ionenimplantatie, hinderen.
Selectiviteit (gemeten met de etssnelheid) is een belangrijke prestatie-indicator van het etsproces. De meetstandaard is gebaseerd op de vergelijking van de etssnelheid van de maskerlaag (fotoresistfilm, oxidefilm, siliciumnitridefilm, enz.) en de doellaag. Dit betekent dat hoe hoger de selectiviteit, hoe sneller de doellaag wordt geëtst. Hoe hoger de miniaturisatiegraad, hoe hoger de selectiviteitseis om ervoor te zorgen dat fijne patronen perfect kunnen worden weergegeven. Omdat de etsrichting recht is, is de selectiviteit van kationisch etsen laag, terwijl de selectiviteit van radicaal etsen hoog is, wat de selectiviteit van RIE verbetert.
5. Etsproces
Figuur 5. Etsproces
Eerst wordt de wafer in een oxidatieoven geplaatst met een temperatuur tussen 800 en 1000 °C. Vervolgens wordt er met een droge methode een siliciumdioxide (SiO2)-film met hoge isolatie-eigenschappen op het oppervlak van de wafer gevormd. Vervolgens wordt het depositieproces gestart om een siliciumlaag of een geleidende laag op de oxidefilm te vormen door middel van chemische dampdepositie (CVD)/fysische dampdepositie (PVD). Indien een siliciumlaag is gevormd, kan een diffusieproces van onzuiverheden worden uitgevoerd om de geleidbaarheid indien nodig te verhogen. Tijdens het diffusieproces van onzuiverheden worden vaak meerdere onzuiverheden herhaaldelijk toegevoegd.
Op dit punt moeten de isolatielaag en de polysiliciumlaag worden gecombineerd voor het etsen. Eerst wordt een fotoresist gebruikt. Vervolgens wordt een masker op de fotoresistfilm geplaatst en vindt natte belichting plaats door middel van onderdompeling om het gewenste patroon (onzichtbaar voor het blote oog) op de fotoresistfilm te printen. Wanneer de omtrek van het patroon door de ontwikkeling zichtbaar wordt, wordt de fotoresist in het lichtgevoelige gebied verwijderd. Vervolgens wordt de wafer, die met het fotolithografieproces is bewerkt, overgebracht naar het etsproces voor droog etsen.
Droog etsen wordt voornamelijk uitgevoerd door middel van reactief ionenetsen (RIE), waarbij het etsen voornamelijk wordt herhaald door het brongas dat geschikt is voor elke film te vervangen. Zowel droog etsen als nat etsen is gericht op het verhogen van de aspectverhouding (A/R-waarde) van het etsen. Daarnaast is regelmatig reinigen vereist om het polymeer te verwijderen dat zich op de bodem van het gat (de opening die door het etsen ontstaat) heeft opgehoopt. Het belangrijkste punt is dat alle variabelen (zoals materialen, brongas, tijd, vorm en volgorde) organisch moeten worden aangepast om ervoor te zorgen dat de reinigingsoplossing of het plasmabrongas naar de bodem van de sleuf kan stromen. Een kleine verandering in een variabele vereist herberekening van andere variabelen, en dit herberekeningsproces wordt herhaald totdat het doel van elke fase is bereikt. Recentelijk zijn monoatomaire lagen, zoals atomaire laagdepositie (ALD), dunner en harder geworden. Daarom beweegt de etstechnologie zich in de richting van het gebruik van lage temperaturen en drukken. Het etsproces is gericht op het beheersen van de kritische dimensie (CD) om fijne patronen te produceren en ervoor te zorgen dat problemen die door het etsproces worden veroorzaakt, worden vermeden, met name onderetsing en problemen met betrekking tot het verwijderen van residu. De bovenstaande twee artikelen over etsen zijn bedoeld om lezers inzicht te geven in het doel van het etsproces, de obstakels die het bereiken van de bovengenoemde doelen in de weg staan en de prestatie-indicatoren die worden gebruikt om dergelijke obstakels te overwinnen.
Plaatsingstijd: 10-09-2024