Rané mokré leptanie podporilo vývoj čistiacich alebo spopolňovacích procesov. Dnes sa suché leptanie pomocou plazmy stalo hlavným prúdom.proces leptaniaPlazma sa skladá z elektrónov, katiónov a radikálov. Energia aplikovaná na plazmu spôsobuje, že sa z najvzdialenejšieho elektrónu zdrojového plynu v neutrálnom stave oddelia elektróny, čím sa tieto elektróny premenia na katióny.
Okrem toho je možné odstrániť nedokonalé atómy v molekulách pôsobením energie za vzniku elektricky neutrálnych radikálov. Suché leptanie využíva katióny a radikály, ktoré tvoria plazmu, pričom katióny sú anizotropné (vhodné na leptanie v určitom smere) a radikály sú izotropné (vhodné na leptanie vo všetkých smeroch). Počet radikálov je oveľa väčší ako počet katiónov. V tomto prípade by suché leptanie malo byť izotropné ako mokré leptanie.
Avšak práve anizotropné leptanie suchého leptania umožňuje výrobu ultraminiaturizovaných obvodov. Aký je dôvod? Okrem toho je rýchlosť leptania katiónov a radikálov veľmi pomalá. Ako teda môžeme aplikovať metódy plazmového leptania na hromadnú výrobu tvárou v tvár tomuto nedostatku?
1. Pomer strán (A/R)
Obrázok 1. Koncept pomeru strán a vplyv technologického pokroku naň
Pomer strán je pomer horizontálnej šírky k vertikálnej výške (t. j. výška delená šírkou). Čím menší je kritický rozmer (CD) obvodu, tým väčšia je hodnota pomeru strán. To znamená, že za predpokladu pomeru strán 10 a šírky 10 nm by výška otvoru vyvŕtaného počas procesu leptania mala byť 100 nm. Preto sú pre produkty novej generácie, ktoré vyžadujú ultra-miniaturizáciu (2D) alebo vysokú hustotu (3D), potrebné extrémne vysoké hodnoty pomeru strán, aby sa zabezpečilo, že katióny môžu počas leptania preniknúť do spodnej vrstvy.
Na dosiahnutie ultra-miniaturizačnej technológie s kritickým rozmerom menším ako 10 nm v 2D produktoch by sa mala hodnota pomeru strán kondenzátora dynamickej pamäte s náhodným prístupom (DRAM) udržiavať nad 100. Podobne aj 3D NAND flash pamäť vyžaduje vyššie hodnoty pomeru strán na stohovanie 256 alebo viacerých vrstiev stohovania buniek. Aj keď sú splnené podmienky požadované pre ostatné procesy, požadované produkty nie je možné vyrobiť, ak...proces leptanianie je na úrovni štandardu. Preto sa technológia leptania stáva čoraz dôležitejšou.
2. Prehľad plazmového leptania
Obrázok 2. Určenie zdrojového plynu plazmy podľa typu filmu
Keď sa použije dutá rúra, čím užší je priemer rúry, tým ľahšie sa do nej dostane kvapalina, čo je takzvaný kapilárny jav. Ak sa však do exponovanej oblasti vyvŕta otvor (uzavretý koniec), vstup kvapaliny sa stáva dosť ťažkým. Preto, keďže kritická veľkosť obvodu bola v polovici 70. rokov 20. storočia 3 μm až 5 μm, suchéleptaniepostupne nahradilo mokré leptanie ako hlavný prúd. To znamená, že hoci je ionizované, je ľahšie preniknúť do hlbokých otvorov, pretože objem jednej molekuly je menší ako objem molekuly roztoku organického polyméru.
Počas plazmového leptania by sa mal vnútro procesnej komory používanej na leptanie pred vstreknutím plazmového zdrojového plynu vhodného pre príslušnú vrstvu upraviť na vákuum. Pri leptaní pevných oxidových vrstiev by sa mali použiť silnejšie zdrojové plyny na báze fluoridu uhlíka. Pre relatívne slabé kremíkové alebo kovové vrstvy by sa mali použiť plazmové zdrojové plyny na báze chlóru.
Ako by sa teda mala leptať vrstva hradla a podkladová izolačná vrstva z oxidu kremičitého (SiO2)?
Najprv by sa mal kremík z hradlovej vrstvy odstrániť pomocou plazmy na báze chlóru (kremík + chlór) so selektivitou leptania polysilikónu. V prípade spodnej izolačnej vrstvy by sa mal film oxidu kremičitého leptať v dvoch krokoch pomocou plazmového zdrojového plynu na báze fluoridu uhlíka (oxid kremičitý + tetrafluorid uhlíka) so silnejšou selektivitou a účinnosťou leptania.
3. Proces reaktívneho iónového leptania (RIE alebo fyzikálno-chemické leptanie)
Obrázok 3. Výhody reaktívneho iónového leptania (anizotropia a vysoká rýchlosť leptania)
Plazma obsahuje izotropné voľné radikály aj anizotropné katióny, takže ako vykonáva anizotropné leptanie?
Plazmové suché leptanie sa vykonáva hlavne reaktívnym iónovým leptaním (RIE, Reactive Ion Etching) alebo aplikáciami založenými na tejto metóde. Podstatou metódy RIE je oslabenie väzbovej sily medzi cieľovými molekulami vo filme napadnutím leptanej oblasti anizotropnými katiónmi. Oslabená oblasť je absorbovaná voľnými radikálmi, spojená s časticami, ktoré tvoria vrstvu, premenená na plyn (prchavá zlúčenina) a uvoľňovaná.
Hoci voľné radikály majú izotropné vlastnosti, molekuly, ktoré tvoria spodný povrch (ktorých väzbová sila je oslabená pôsobením katiónov), sú ľahšie zachytávané voľnými radikálmi a premieňané na nové zlúčeniny ako bočné steny so silnou väzbovou silou. Preto sa leptanie smerom nadol stáva hlavným prúdom. Zachytené častice sa menia na plyn s voľnými radikálmi, ktoré sa desorbujú a uvoľňujú z povrchu pôsobením vákua.
V tomto čase sa katióny získané fyzikálnym pôsobením a voľné radikály získané chemickým pôsobením kombinujú pre fyzikálne a chemické leptanie a rýchlosť leptania (rýchlosť leptania, stupeň leptania za určitý čas) sa zvyšuje 10-krát v porovnaní s prípadom samotného katiónového leptania alebo leptania voľnými radikálmi. Táto metóda môže nielen zvýšiť rýchlosť leptania anizotropným leptaním smerom nadol, ale tiež vyriešiť problém zvyškov polyméru po leptaní. Táto metóda sa nazýva reaktívne iónové leptanie (RIE). Kľúčom k úspechu RIE leptania je nájdenie plazmového zdroja plynu vhodného na leptanie filmu. Poznámka: Plazmové leptanie je RIE leptanie a tieto dva pojmy možno považovať za rovnaký koncept.
4. Rýchlosť leptania a index výkonu jadra
Obrázok 4. Index výkonu jadra leptania súvisiaci s rýchlosťou leptania
Rýchlosť leptania sa vzťahuje na hĺbku filmu, ktorá sa má dosiahnuť za jednu minútu. Čo to teda znamená, že rýchlosť leptania sa líši od súčiastky k súčiastke na jednom doštičke?
To znamená, že hĺbka leptania sa na jednotlivých častiach doštičky líši. Z tohto dôvodu je veľmi dôležité nastaviť koncový bod (EOP), kde by sa malo leptanie zastaviť, pričom sa zohľadní priemerná rýchlosť leptania a hĺbka leptania. Aj keď je EOP nastavený, stále existujú oblasti, kde je hĺbka leptania hlbšia (nadmerné leptanie) alebo plytšia (nedostatočné leptanie), ako sa pôvodne plánovalo. Nedostatočné leptanie však spôsobuje počas leptania väčšie škody ako nadmerné leptanie. Pretože v prípade nedostatočného leptania bude nedostatočne leptaná časť brániť následným procesom, ako je implantácia iónov.
Selektivita (meraná rýchlosťou leptania) je kľúčovým ukazovateľom výkonnosti procesu leptania. Merací štandard je založený na porovnaní rýchlosti leptania maskovacej vrstvy (fotorezistová vrstva, oxidová vrstva, vrstva nitridu kremíka atď.) a cieľovej vrstvy. To znamená, že čím vyššia je selektivita, tým rýchlejšie sa cieľová vrstva leptá. Čím vyššia je úroveň miniaturizácie, tým vyššia je požiadavka na selektivitu, aby sa zabezpečilo perfektné zobrazenie jemných vzorov. Keďže smer leptania je priamy, selektivita katiónového leptania je nízka, zatiaľ čo selektivita radikálového leptania je vysoká, čo zlepšuje selektivitu RIE (reaktančného leptania).
5. Proces leptania
Obrázok 5. Proces leptania
Najprv sa doštička umiestni do oxidačnej pece s teplotou udržiavanou medzi 800 a 1000 ℃ a potom sa na povrchu doštičky suchou metódou vytvorí film oxidu kremičitého (SiO2) s vysokými izolačnými vlastnosťami. Následne sa spustí proces nanášania, pri ktorom sa na oxidovom filme vytvorí vrstva kremíka alebo vodivá vrstva chemickým nanášaním z pár (CVD)/fyzikálnym nanášaním z pár (PVD). Ak sa vytvorí vrstva kremíka, v prípade potreby sa môže vykonať proces difúzie nečistôt na zvýšenie vodivosti. Počas procesu difúzie nečistôt sa často opakovane pridáva viacero nečistôt.
V tomto okamihu by sa mala izolačná vrstva a vrstva polysilikónu skombinovať pre leptanie. Najprv sa použije fotorezist. Následne sa na fotorezistovú fóliu umiestni maska a vykoná sa mokrá expozícia ponorením, aby sa na fotorezistovú fóliu vytlačil požadovaný vzor (neviditeľný voľným okom). Keď sa vyvolaním odhalí obrys vzoru, fotorezist vo fotocitlivej oblasti sa odstráni. Potom sa doštička spracovaná fotolitografickým procesom prenesie do procesu leptania pre suché leptanie.
Suché leptanie sa vykonáva hlavne reaktívnym iónovým leptaním (RIE), pri ktorom sa leptanie opakuje najmä výmenou zdrojového plynu vhodného pre každý film. Cieľom suchého aj mokrého leptania je zvýšiť pomer strán (hodnotu A/R) leptania. Okrem toho je potrebné pravidelné čistenie, aby sa odstránil polymér nahromadený na dne otvoru (medzera vytvorená leptaním). Dôležité je, že všetky premenné (ako sú materiály, zdrojový plyn, čas, forma a postupnosť) by sa mali organicky upravovať, aby sa zabezpečilo, že čistiaci roztok alebo plazmový zdrojový plyn môže prúdiť na dno výkopu. Mierna zmena premennej si vyžaduje prepočet ostatných premenných a tento proces prepočtu sa opakuje, kým nespĺňa účel každej fázy. V poslednej dobe sa monoatomické vrstvy, ako napríklad vrstvy atómovej depozície vrstiev (ALD), stali tenšími a tvrdšími. Preto sa technológia leptania posúva smerom k používaniu nízkych teplôt a tlakov. Cieľom procesu leptania je kontrolovať kritický rozmer (CD) na vytvorenie jemných vzorov a zabezpečiť, aby sa predišlo problémom spôsobeným procesom leptania, najmä nedostatočnému leptaniu a problémom súvisiacim s odstraňovaním zvyškov. Cieľom dvoch vyššie uvedených článkov o leptaní je poskytnúť čitateľom pochopenie účelu procesu leptania, prekážok brániacich dosiahnutiu vyššie uvedených cieľov a ukazovateľov výkonnosti používaných na prekonanie týchto prekážok.
Čas uverejnenia: 10. septembra 2024