Wczesne trawienie na mokro promowało rozwój procesów czyszczenia lub spopielania. Obecnie trawienie na sucho przy użyciu plazmy stało się głównym nurtemproces trawienia. Plazma składa się z elektronów, kationów i rodników. Energia przyłożona do plazmy powoduje, że najbardziej zewnętrzne elektrony gazu źródłowego w stanie neutralnym zostają oderwane, przekształcając w ten sposób te elektrony w kationy.
Ponadto niedoskonałe atomy w cząsteczkach można usunąć, stosując energię w celu utworzenia elektrycznie obojętnych rodników. Trawienie na sucho wykorzystuje kationy i rodniki, które tworzą plazmę, gdzie kationy są anizotropowe (nadające się do trawienia w określonym kierunku), a rodniki są izotropowe (nadające się do trawienia we wszystkich kierunkach). Liczba rodników jest znacznie większa niż liczba kationów. W tym przypadku trawienie na sucho powinno być izotropowe, tak jak trawienie na mokro.
Jednak to anizotropowe trawienie suchego trawienia umożliwia ultraminiaturyzowane obwody. Jaki jest tego powód? Ponadto szybkość trawienia kationów i rodników jest bardzo niska. Jak więc możemy zastosować metody trawienia plazmowego w produkcji masowej w obliczu tej wady?
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 wartość współczynnika kształtu 10 i szerokość 10 nm, wysokość otworu wywierconego podczas procesu trawienia powinna wynosić 100 nm. Dlatego w przypadku produktów nowej generacji, które wymagają ultraminiaturyzacji (2D) lub wysokiej gęstości (3D), wymagane są niezwykle wysokie wartości współczynnika kształtu, aby zapewnić, że kationy będą mogły penetrować dolną warstwę podczas trawienia.
Aby osiągnąć technologię ultraminiaturyzacji o krytycznym wymiarze mniejszym niż 10 nm w produktach 2D, wartość współczynnika kształtu kondensatora pamięci dynamicznej o swobodnym dostępie (DRAM) powinna być utrzymywana powyżej 100. Podobnie pamięć flash 3D NAND wymaga również wyższych wartości współczynnika kształtu, aby ułożyć 256 lub więcej warstw układania komórek. Nawet jeśli spełnione są warunki wymagane dla innych procesów, wymaganych produktów nie można wytworzyć, jeśliproces 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
Gdy używana jest pusta rura, im węższa średnica rury, tym łatwiej jest przedostać się cieczy, co jest tzw. zjawiskiem kapilarnym. Jednakże, jeśli w odsłoniętym obszarze ma zostać wywiercony otwór (zamknięty koniec), wnikanie cieczy staje się dość trudne. Dlatego też, ponieważ krytyczny rozmiar obwodu wynosił od 3 um do 5 um w połowie lat 70., sucheakwafortastopniowo zastąpiło trawienie na mokro jako główny nurt. Oznacza to, że chociaż jest zjonizowane, łatwiej penetruje głębokie otwory, ponieważ objętość pojedynczej cząsteczki jest mniejsza niż objętość cząsteczki organicznego roztworu polimeru.
Podczas trawienia plazmowego wnętrze komory przetwarzania używanej do trawienia powinno zostać dostosowane do stanu próżni przed wstrzyknięciem gazu źródłowego plazmy odpowiedniego dla odpowiedniej warstwy. Podczas trawienia stałych warstw tlenkowych należy używać silniejszych gazów źródłowych na bazie fluorku węgla. W przypadku stosunkowo słabych warstw krzemowych lub metalicznych należy używać gazów źródłowych plazmy na bazie chloru.
Jak zatem należy wytrawić warstwę bramki i znajdującą się pod nią warstwę izolacyjną z dwutlenku krzemu (SiO2)?
Najpierw, w przypadku warstwy bramki, krzem powinien zostać usunięty przy użyciu plazmy na bazie chloru (krzem + chlor) z selektywnością trawienia polikrzemu. W przypadku dolnej warstwy izolacyjnej, film dwutlenku krzemu powinien zostać wytrawiony w dwóch etapach przy użyciu gazu źródłowego plazmy na bazie fluorku węgla (dwutlenek krzemu + czterofluorek węgla) z silniejszą selektywnością trawienia i skutecznością.
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 przez reaktywne trawienie jonowe (RIE, Reactive Ion Etching) lub aplikacje oparte 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, łączony z cząsteczkami tworzącymi warstwę, przekształcany w gaz (związek lotny) i uwalniany.
Chociaż wolne rodniki mają cechy izotropowe, cząsteczki tworzące dolną powierzchnię (których siła wiązania jest osłabiona przez atak kationów) są łatwiej wychwytywane przez wolne rodniki i przekształcane w nowe związki niż ściany boczne o silnej sile wiązania. Dlatego trawienie w dół staje się głównym nurtem. Wychwycone cząsteczki stają się gazem z wolnymi rodnikami, które są desorbowane i uwalniane z powierzchni pod wpływem próżni.
W tym momencie kationy uzyskane przez działanie fizyczne i wolne rodniki uzyskane przez działanie chemiczne są łączone w celu trawienia fizycznego i chemicznego, a szybkość trawienia (Etch Rate, stopień trawienia w określonym okresie czasu) jest zwiększona 10-krotnie w porównaniu z przypadkiem trawienia kationowego lub trawienia wolnorodnikowego. Ta metoda może nie tylko zwiększyć szybkość trawienia anizotropowego trawienia 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 filmu. Uwaga: trawienie plazmowe to trawienie RIE i oba można traktować jako tę samą koncepcję.
4. Szybkość trawienia i wskaźnik wydajności rdzenia
Rysunek 4. Wskaźnik wydajności trawienia rdzenia w odniesieniu do szybkości trawienia
Szybkość trawienia odnosi się do głębokości filmu, która ma zostać osiągnięta w ciągu jednej minuty. Co zatem oznacza, że szybkość trawienia różni się w zależności od części na pojedynczym 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 zatrzymać, biorąc pod uwagę średnią szybkość trawienia i głębokość trawienia. Nawet jeśli EOP jest ustawiony, nadal istnieją obszary, w których głębokość trawienia jest głębsza (nadmiernie wytrawiona) lub płytsza (niedostatecznie wytrawiona) niż pierwotnie planowano. Jednak niedostateczne trawienie powoduje większe uszkodzenia niż nadmierne trawienie podczas trawienia. Ponieważ w przypadku niedostatecznego trawienia niedostatecznie wytrawiona część będzie utrudniać późniejsze procesy, takie jak implantacja jonów.
Tymczasem selektywność (mierzona szybkością trawienia) jest kluczowym wskaźnikiem wydajności procesu trawienia. Norma pomiarowa opiera się na porównaniu szybkości trawienia warstwy maski (folia fotorezystu, folia tlenkowa, folia azotku krzemu itp.) i warstwy docelowej. Oznacza to, że im wyższa selektywność, tym szybciej wytrawiana jest warstwa docelowa. Im wyższy poziom miniaturyzacji, tym wyższe wymagania selektywności, aby zapewnić, że drobne wzory mogą być idealnie przedstawione. Ponieważ kierunek trawienia jest prosty, selektywność trawienia kationowego jest niska, podczas gdy 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 pomiędzy 800 a 1000℃, a następnie na powierzchni wafla formowana jest warstwa dwutlenku krzemu (SiO2) o wysokich właściwościach izolacyjnych metodą suchą. Następnie rozpoczyna się proces osadzania, aby utworzyć warstwę krzemu lub warstwę przewodzącą na warstwie tlenku metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej (CVD)/osadzania fizycznego z fazy gazowej (PVD). Jeśli utworzona zostanie warstwa krzemu, można przeprowadzić proces dyfuzji zanieczyszczeń, aby w razie potrzeby zwiększyć przewodność. Podczas procesu dyfuzji zanieczyszczeń często dodawane są wielokrotnie liczne zanieczyszczenia.
W tym momencie warstwa izolacyjna i warstwa polisilikonowa powinny zostać połączone w celu wytrawienia. Najpierw używany jest fotorezyst. Następnie na folię fotorezystu nakładana jest maska, a naświetlanie na mokro przeprowadzane jest przez zanurzenie, aby odcisnąć pożądany wzór (niewidoczny gołym okiem) na folii fotorezystu. Gdy zarys wzoru zostanie ujawniony przez wywołanie, fotorezyst w obszarze światłoczułym zostaje usunięty. Następnie wafel przetworzony w procesie fotolitografii zostaje przeniesiony do procesu wytrawiania w celu wytrawiania na sucho.
Suche trawienie jest głównie wykonywane przez reaktywne trawienie jonowe (RIE), w którym trawienie jest powtarzane głównie poprzez wymianę gazu źródłowego odpowiedniego dla każdej folii. Zarówno trawienie na sucho, jak i na mokro ma 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 sekwencja) były regulowane organicznie, aby zapewnić, że roztwór czyszczący lub gaz źródłowy plazmy może spłynąć na dno rowka. Niewielka zmiana zmiennej wymaga ponownego obliczenia innych zmiennych, a ten proces ponownego obliczania 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 kontrolowanie wymiaru krytycznego (CD), aby uzyskać drobne wzory i zapewnić, że problemy spowodowane procesem trawienia zostaną uniknięte, zwłaszcza niedotrawienia i problemów związanych z usuwaniem pozostałości. Powyższe dwa artykuły na temat trawienia mają na celu zapewnienie czytelnikom zrozumienia celu procesu trawienia, przeszkód w osiągnięciu powyższych celów i wskaźników wydajności używanych do przezwyciężania takich przeszkód.
Czas publikacji: 10-09-2024