Wczesne trawienie na mokro przyczyniło się do rozwoju procesów czyszczenia i spopielania. Obecnie trawienie na sucho z użyciem plazmy stało się powszechne.proces trawieniaPlazma składa się z elektronów, kationów i rodników. Energia przyłożona do plazmy powoduje oderwanie skrajnych elektronów gazu źródłowego w stanie neutralnym, przekształcając je w kationy.
Ponadto, niedoskonałe atomy w cząsteczkach można usunąć poprzez zastosowanie energii, tworząc elektrycznie obojętne rodniki. Trawienie na sucho wykorzystuje kationy i rodniki tworzące plazmę, gdzie kationy są anizotropowe (odpowiednie do trawienia w określonym kierunku), a rodniki izotropowe (odpowiednie do trawienia we wszystkich kierunkach). Liczba rodników jest znacznie większa niż liczba kationów. W tym przypadku trawienie na sucho powinno być izotropowe, podobnie jak trawienie na mokro.
Jednak to anizotropowe trawienie suche umożliwia tworzenie ultraminiaturowych obwodów. Co jest tego przyczyną? Ponadto szybkość trawienia kationów i rodników jest bardzo niska. Jak zatem zastosować metody trawienia plazmowego w produkcji masowej, mając na uwadze tę wadę?
1. Proporcje obrazu (A/R)
Rysunek 1. Pojęcie współczynnika kształtu i wpływ postępu technologicznego na niego
Współczynnik kształtu to stosunek szerokości poziomej do wysokości pionowej (tj. wysokość podzielona przez szerokość). Im mniejszy wymiar krytyczny (CD) obwodu, tym większa wartość współczynnika kształtu. Oznacza to, że przyjmując współczynnik kształtu równy 10 i szerokość 10 nm, wysokość otworu wywierconego podczas trawienia powinna wynosić 100 nm. Dlatego w przypadku produktów nowej generacji, które wymagają ultraminiaturyzacji (2D) lub wysokiej gęstości (3D), wymagane są ekstremalnie wysokie wartości współczynnika kształtu, aby zapewnić penetrację dolnej warstwy przez kationy podczas trawienia.
Aby osiągnąć technologię ultraminiaturyzacji o krytycznym wymiarze poniżej 10 nm w produktach 2D, współczynnik kształtu kondensatora w pamięci dynamicznej o swobodnym dostępie (DRAM) powinien być utrzymywany powyżej 100. Podobnie, pamięć flash NAND 3D również wymaga wyższych współczynników kształtu, aby móc ułożyć 256 lub więcej warstw komórek. Nawet jeśli spełnione są warunki wymagane dla innych procesów, wymagane produkty nie mogą zostać wyprodukowane, jeśli…proces trawienianie spełnia standardów. Dlatego technologia trawienia staje się coraz ważniejsza.
2. Przegląd trawienia plazmowego
Rysunek 2. Określanie gazu źródłowego plazmy w zależności od typu filmu
W przypadku rur pustych, im mniejsza średnica rury, tym łatwiej jest przedostać się cieczy, co jest tzw. zjawiskiem kapilarnym. Jednakże, jeśli w odsłoniętym obszarze zostanie wywiercony otwór (zamknięty koniec), przedostanie się cieczy staje się dość trudne. Dlatego, ponieważ krytyczny rozmiar obwodu wynosił od 3 do 5 mikrometrów w połowie lat 70., sucheakwafortaStopniowo zastąpiła trawienie na mokro jako główny nurt. Oznacza to, że pomimo zjonizowania, łatwiej penetruje głębokie otwory, ponieważ objętość pojedynczej cząsteczki jest mniejsza niż objętość cząsteczki organicznego roztworu polimeru.
Podczas trawienia plazmowego, wnętrze komory procesowej używanej do trawienia powinno zostać wytworzone w stanie próżni przed wstrzyknięciem gazu plazmowego odpowiedniego dla danej warstwy. Podczas trawienia warstw tlenków stałych należy stosować mocniejsze gazy plazmowe na bazie fluorku węgla. W przypadku stosunkowo słabych warstw krzemowych lub metalicznych należy stosować gazy plazmowe na bazie chloru.
Jak zatem należy wytrawić warstwę bramki i znajdującą się pod nią warstwę izolacyjną z dwutlenku krzemu (SiO2)?
Najpierw, w przypadku warstwy bramkowej, krzem należy usunąć za pomocą plazmy na bazie chloru (krzem + chlor) z selektywnością trawienia polikrzemu. W przypadku dolnej warstwy izolacyjnej, warstwę dwutlenku krzemu należy wytrawić w dwóch etapach, stosując gaz plazmowy na bazie fluorku węgla (dwutlenek krzemu + czterofluorek węgla) o wyższej selektywności i skuteczności trawienia.
3. Proces trawienia jonami reaktywnymi (RIE lub trawienie fizykochemiczne)
Rysunek 3. Zalety reaktywnego trawienia jonowego (anizotropia i duża szybkość trawienia)
Plazma zawiera zarówno izotropowe wolne rodniki, jak i anizotropowe kationy. W jaki sposób odbywa się trawienie anizotropowe?
Suche trawienie plazmowe jest wykonywane głównie metodą reaktywnego trawienia jonowego (RIE, Reactive Ion Etching) lub w aplikacjach opartych na tej metodzie. Istotą metody RIE jest osłabienie siły wiązania między cząsteczkami docelowymi w warstwie poprzez atakowanie obszaru trawienia kationami anizotropowymi. Osłabiony obszar jest absorbowany przez wolne rodniki, które łączą się z cząsteczkami tworzącymi warstwę, przekształcają się w gaz (związek lotny) i uwalniają.
Chociaż wolne rodniki mają właściwości izotropowe, cząsteczki tworzące dolną powierzchnię (których siła wiązania jest osłabiana przez atak kationów) są łatwiej wychwytywane przez wolne rodniki i przekształcane w nowe związki niż ściany boczne o silnej sile wiązania. Dlatego głównym nurtem staje się trawienie w dół. Wychwycone cząsteczki przekształcają się w gaz z wolnymi rodnikami, które są desorbowane i uwalniane z powierzchni pod wpływem próżni.
W tym czasie kationy uzyskane w wyniku działania fizycznego i wolne rodniki uzyskane w wyniku działania chemicznego są łączone w celu trawienia fizycznego i chemicznego, a szybkość trawienia (Etch Rate, stopień trawienia w określonym czasie) wzrasta 10-krotnie w porównaniu z przypadkiem trawienia kationowego lub trawienia wolnorodnikowego osobno. Ta metoda może nie tylko zwiększyć szybkość trawienia anizotropowego w dół, ale także rozwiązać problem pozostałości polimeru po trawieniu. Ta metoda jest nazywana reaktywnym trawieniem jonowym (RIE). Kluczem do sukcesu trawienia RIE jest znalezienie źródła gazu plazmowego odpowiedniego do trawienia folii. Uwaga: Trawienie plazmowe to trawienie RIE i oba można traktować jako to samo pojęcie.
4. Szybkość trawienia i wskaźnik wydajności rdzenia
Rysunek 4. Wskaźnik wydajności trawienia rdzenia w odniesieniu do szybkości trawienia
Szybkość trawienia odnosi się do głębokości warstwy, jaką można osiągnąć w ciągu jednej minuty. Co zatem oznacza, że szybkość trawienia różni się w zależności od części na jednym waflu?
Oznacza to, że głębokość trawienia różni się w zależności od części płytki. Z tego powodu bardzo ważne jest ustawienie punktu końcowego (EOP), w którym trawienie powinno się zakończyć, uwzględniając średnią szybkość i głębokość trawienia. Nawet po ustawieniu EOP, nadal istnieją obszary, w których głębokość trawienia jest głębsza (nadtrawiona) lub płytsza (niedotrawiona) niż pierwotnie planowano. Jednak niedotrawienie powoduje większe uszkodzenia niż nadmierne trawienie podczas trawienia. W przypadku niedotrawienia, niedotrawiona część utrudnia późniejsze procesy, takie jak implantacja jonów.
Selektywność (mierzona szybkością trawienia) jest kluczowym wskaźnikiem wydajności procesu trawienia. Standard pomiaru opiera się na porównaniu szybkości trawienia warstwy maski (fotorezystu, tlenku, azotku krzemu itp.) i warstwy docelowej. Oznacza to, że im wyższa selektywność, tym szybciej wytrawiana jest warstwa docelowa. Im wyższy stopień miniaturyzacji, tym wyższe wymagania dotyczące selektywności, aby zapewnić idealne odwzorowanie drobnych wzorów. Ponieważ kierunek trawienia jest prosty, selektywność trawienia kationowego jest niska, natomiast selektywność trawienia rodnikowego jest wysoka, co poprawia selektywność RIE.
5. Proces trawienia
Rysunek 5. Proces trawienia
Najpierw wafel umieszczany jest w piecu utleniającym o temperaturze utrzymywanej w zakresie 800–1000°C, a następnie na jego powierzchni metodą suchą formowana jest warstwa dwutlenku krzemu (SiO2) o wysokich właściwościach izolacyjnych. Następnie rozpoczyna się proces osadzania, w wyniku którego na warstwie tlenku powstaje warstwa krzemu lub warstwa przewodząca poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)/fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD). Po utworzeniu warstwy krzemu, w razie potrzeby można przeprowadzić proces dyfuzji domieszek w celu zwiększenia przewodności. Podczas procesu dyfuzji domieszek często dodawane są wielokrotnie liczne domieszki.
W tym momencie warstwa izolacyjna i warstwa polikrzemowa powinny zostać połączone w celu wytrawienia. Najpierw stosuje się fotorezyst. Następnie na folię fotorezystu nakłada się maskę i przeprowadza się naświetlanie na mokro przez zanurzenie, aby odcisnąć pożądany wzór (niewidoczny gołym okiem) na folii fotorezystu. Po ujawnieniu konturu wzoru podczas wywoływania, fotorezyst w obszarze światłoczułym jest usuwany. Następnie płytka poddana procesowi fotolitografii jest poddawana trawieniu na sucho.
Suche trawienie jest przeprowadzane głównie metodą reaktywnego trawienia jonowego (RIE), w której trawienie jest powtarzane głównie poprzez zmianę gazu źródłowego odpowiedniego dla każdej warstwy. Zarówno suche, jak i mokre trawienie mają na celu zwiększenie współczynnika kształtu (wartość A/R) trawienia. Ponadto wymagane jest regularne czyszczenie w celu usunięcia polimeru nagromadzonego na dnie otworu (szczeliny utworzonej przez trawienie). Ważne jest, aby wszystkie zmienne (takie jak materiały, gaz źródłowy, czas, forma i kolejność) były organicznie regulowane, aby zapewnić, że roztwór czyszczący lub gaz źródłowy plazmy może spłynąć do dna rowka. Niewielka zmiana zmiennej wymaga przeliczenia innych zmiennych, a ten proces przeliczania jest powtarzany, aż spełni cel każdego etapu. Ostatnio warstwy monoatomowe, takie jak warstwy osadzania warstw atomowych (ALD), stały się cieńsze i twardsze. Dlatego technologia trawienia zmierza w kierunku stosowania niskich temperatur i ciśnień. Proces trawienia ma na celu kontrolę wymiaru krytycznego (CD), aby uzyskać precyzyjne wzory i uniknąć problemów związanych z procesem trawienia, zwłaszcza niedotrawienia i usuwania pozostałości. Powyższe dwa artykuły na temat trawienia mają na celu pomóc czytelnikom zrozumieć cel procesu trawienia, przeszkody w osiągnięciu powyższych celów oraz wskaźniki wydajności wykorzystywane do ich pokonania.
Czas publikacji: 10.09.2024