Zgodnje mokro jedkanje je spodbudilo razvoj postopkov čiščenja ali upepeljevanja. Danes je suho jedkanje s plazmo postalo glavni način uporabe.postopek jedkanjaPlazma je sestavljena iz elektronov, kationov in radikalov. Energija, ki se dovaja plazmi, povzroči, da se iz izvornega plina v nevtralnem stanju odstranijo najbolj oddaljeni elektroni, s čimer se ti elektroni pretvorijo v katione.
Poleg tega se lahko nepopolni atomi v molekulah odstranijo z uporabo energije, da se tvorijo električno nevtralni radikali. Suho jedkanje uporablja katione in radikale, ki tvorijo plazmo, kjer so kationi anizotropni (primerni za jedkanje v določeni smeri), radikali pa izotropni (primerni za jedkanje v vseh smereh). Število radikalov je veliko večje od števila kationov. V tem primeru bi moralo biti suho jedkanje izotropno kot mokro jedkanje.
Vendar pa je anizotropno jedkanje s suhim jedkanjem tisto, kar omogoča ultra miniaturizirana vezja. Kaj je razlog za to? Poleg tega je hitrost jedkanja kationov in radikalov zelo počasna. Kako lahko torej uporabimo metode plazemskega jedkanja za masovno proizvodnjo ob tej pomanjkljivosti?
1. Razmerje stranic (A/R)
Slika 1. Koncept razmerja stranic in vpliv tehnološkega napredka nanj
Razmerje stranic je razmerje med vodoravno širino in navpično višino (tj. višina, deljena s širino). Manjša kot je kritična dimenzija (CD) vezja, večja je vrednost razmerja stranic. To pomeni, da ob predpostavki razmerja stranic 10 in širine 10 nm mora biti višina luknje, izvrtane med jedkanjem, 100 nm. Zato so za izdelke naslednje generacije, ki zahtevajo ultra-miniaturizacijo (2D) ali visoko gostoto (3D), potrebne izjemno visoke vrednosti razmerja stranic, da se zagotovi, da lahko kationi med jedkanjem prodrejo v spodnji film.
Za doseganje ultraminiaturizacijske tehnologije s kritično dimenzijo manj kot 10 nm v 2D izdelkih je treba razmerje stranic kondenzatorja dinamičnega pomnilnika z naključnim dostopom (DRAM) vzdrževati nad 100. Podobno tudi 3D NAND bliskovni pomnilnik zahteva višje vrednosti razmerja stranic za zlaganje 256 ali več plasti zlaganja celic. Tudi če so izpolnjeni pogoji, potrebni za druge postopke, zahtevanih izdelkov ni mogoče izdelati, čepostopek jedkanjani na ravni standarda. Zato postaja tehnologija jedkanja vse pomembnejša.
2. Pregled plazemskega jedkanja
Slika 2. Določanje plazemskega izvornega plina glede na vrsto filma
Pri uporabi votle cevi velja, da ožji kot je premer cevi, lažje tekočina vstopi vanjo, kar je tako imenovani kapilarni pojav. Če pa je treba na izpostavljenem območju izvrtati luknjo (zaprti konec), postane vnos tekočine precej težaven. Ker je bila kritična velikost vezja sredi sedemdesetih let prejšnjega stoletja od 3 μm do 5 μm, je suha...jedkanjeje postopoma nadomestilo mokro jedkanje kot glavni način. To pomeni, da je, čeprav ionizirano, lažje prodreti v globoke luknje, ker je volumen posamezne molekule manjši od volumna molekule raztopine organskega polimera.
Med plazemskim jedkanjem je treba notranjost procesne komore, ki se uporablja za jedkanje, pred vbrizgavanjem plazemskega vira plina, primernega za ustrezno plast, nastaviti na vakuum. Pri jedkanju trdnih oksidnih filmov je treba uporabiti močnejše izvorne pline na osnovi ogljikovega fluorida. Za relativno šibke silicijeve ali kovinske filme je treba uporabiti plazemske izvorne pline na osnovi klora.
Kako naj torej jedkamo plast vrat in pod njo izolacijsko plast silicijevega dioksida (SiO2)?
Najprej je treba za plast vrat odstraniti silicij s plazmo na osnovi klora (silicij + klor) s selektivnostjo jedkanja polisilicija. Za spodnjo izolacijsko plast je treba film silicijevega dioksida jedkati v dveh korakih z izvornim plinom plazme na osnovi ogljikovega fluorida (silicijev dioksid + ogljikov tetrafluorid) z močnejšo selektivnostjo in učinkovitostjo jedkanja.
3. Postopek reaktivnega ionskega jedkanja (RIE ali fizikalno-kemijsko jedkanje)
Slika 3. Prednosti reaktivnega ionskega jedkanja (anizotropija in visoka hitrost jedkanja)
Plazma vsebuje tako izotropne proste radikale kot anizotropne katione, kako torej izvaja anizotropno jedkanje?
Suho jedkanje s plazmo se izvaja predvsem z reaktivnim ionskim jedkanjem (RIE, Reactive Ion Etching) ali z aplikacijami, ki temeljijo na tej metodi. Bistvo metode RIE je oslabitev vezne sile med ciljnimi molekulami v filmu z napadom na območje jedkanja z anizotropnimi kationi. Oslabljeno območje absorbirajo prosti radikali, se združijo z delci, ki sestavljajo plast, pretvorijo v plin (hlapno spojino) in sprostijo.
Čeprav imajo prosti radikali izotropne lastnosti, molekule, ki sestavljajo spodnjo površino (katerih vezavna sila je oslabljena zaradi napada kationov), prosti radikali lažje ujamejo in pretvorijo v nove spojine kot stranske stene z močno vezavno silo. Zato jedkanje navzdol postane glavni tok. Ujeti delci postanejo plin s prostimi radikali, ki se pod delovanjem vakuuma desorbira in sprošča s površine.
V tem času se kationi, pridobljeni s fizikalnim delovanjem, in prosti radikali, pridobljeni s kemičnim delovanjem, združijo za fizikalno in kemijsko jedkanje, hitrost jedkanja (hitrost jedkanja, stopnja jedkanja v določenem časovnem obdobju) pa se poveča za 10-krat v primerjavi s primerom kationskega jedkanja ali jedkanja s prostimi radikali. Ta metoda ne le poveča hitrost jedkanja pri anizotropnem jedkanju navzdol, ampak tudi reši problem ostankov polimera po jedkanju. Ta metoda se imenuje reaktivno ionsko jedkanje (RIE). Ključ do uspeha RIE jedkanja je najti plazemski vir plina, primeren za jedkanje filma. Opomba: Plazemsko jedkanje je RIE jedkanje in oba lahko obravnavamo kot isti koncept.
4. Stopnja jedkanja in indeks delovanja jedra
Slika 4. Indeks učinkovitosti jedrnega jedkanja, povezan s hitrostjo jedkanja
Hitrost jedkanja se nanaša na globino filma, ki naj bi bila dosežena v eni minuti. Kaj torej pomeni, da se hitrost jedkanja razlikuje od dela do dela na eni rezini?
To pomeni, da se globina jedkanja od dela do dela na rezini razlikuje. Zaradi tega je zelo pomembno nastaviti končno točko (EOP), kjer se mora jedkanje ustaviti, pri čemer je treba upoštevati povprečno hitrost jedkanja in globino jedkanja. Tudi če je EOP nastavljen, še vedno obstajajo nekatera območja, kjer je globina jedkanja globlja (preveč jedkano) ali plitvejša (premalo jedkano) od prvotno načrtovane. Vendar pa premalo jedkano povzroči večjo škodo kot prekomerno jedkanje med jedkanjem. V primeru premalo jedkanja bo premalo jedkan del oviral nadaljnje procese, kot je implantacija ionov.
Medtem je selektivnost (merjena s hitrostjo jedkanja) ključni kazalnik učinkovitosti procesa jedkanja. Merilni standard temelji na primerjavi hitrosti jedkanja maskirne plasti (fotorezistna folija, oksidna folija, folija iz silicijevega nitrida itd.) in ciljne plasti. To pomeni, da višja kot je selektivnost, hitreje se jedka ciljna plast. Višja kot je stopnja miniaturizacije, višje so zahteve glede selektivnosti, da se zagotovi popolna predstavitev finih vzorcev. Ker je smer jedkanja ravna, je selektivnost kationskega jedkanja nizka, medtem ko je selektivnost radikalnega jedkanja visoka, kar izboljša selektivnost RIE.
5. Postopek jedkanja
Slika 5. Postopek jedkanja
Najprej se rezina postavi v oksidacijsko peč s temperaturo med 800 in 1000 ℃, nato pa se na površini rezine s suhim postopkom oblikuje film silicijevega dioksida (SiO2) z visokimi izolacijskimi lastnostmi. Nato se začne postopek nanašanja, pri katerem se na oksidni film s kemičnim nanašanjem iz pare (CVD)/fizičnim nanašanjem iz pare (PVD) oblikuje silicijeva plast ali prevodna plast. Če se oblikuje silicijeva plast, se lahko po potrebi izvede postopek difuzije nečistoč za povečanje prevodnosti. Med postopkom difuzije nečistoč se pogosto večkrat doda več nečistoč.
V tem primeru je treba izolacijsko plast in polisilicijev sloj združiti za jedkanje. Najprej se uporabi fotorezist. Nato se na fotorezistni film namesti maska in se izvede mokra osvetlitev s potopitvijo, da se na fotorezistni film odtisne želeni vzorec (neviden s prostim očesom). Ko se z razvijanjem pokaže obris vzorca, se fotorezist na fotoobčutljivem območju odstrani. Nato se rezina, obdelana s fotolitografskim postopkom, prenese v postopek jedkanja za suho jedkanje.
Suho jedkanje se izvaja predvsem z reaktivnim ionskim jedkanjem (RIE), pri katerem se jedkanje ponavlja predvsem z zamenjavo izvornega plina, primernega za vsak film. Tako suho kot mokro jedkanje imata za cilj povečati razmerje stranic (vrednost A/R) jedkanja. Poleg tega je potrebno redno čiščenje, da se odstrani polimer, ki se je nabral na dnu luknje (vrzel, ki nastane z jedkanjem). Pomembno je, da je treba vse spremenljivke (kot so materiali, izvorni plin, čas, oblika in zaporedje) organsko prilagoditi, da se zagotovi, da lahko čistilna raztopina ali izvorni plin plazme teče do dna jarka. Že majhna sprememba spremenljivke zahteva ponovni izračun drugih spremenljivk in ta postopek ponovnega izračuna se ponavlja, dokler ne doseže namena vsake faze. V zadnjem času so monoatomske plasti, kot so plasti nanašanja atomskih plasti (ALD), postale tanjše in trše. Zato se tehnologija jedkanja premika k uporabi nizkih temperatur in tlakov. Namen postopka jedkanja je nadzorovati kritično dimenzijo (CD) za ustvarjanje finih vzorcev in zagotoviti, da se izognemo težavam, ki jih povzroča postopek jedkanja, zlasti premajhnemu jedkanju in težavam, povezanim z odstranjevanjem ostankov. Zgornja dva članka o jedkanju želita bralcem ponuditi razumevanje namena procesa jedkanja, ovir za doseganje zgoraj navedenih ciljev in kazalnikov uspešnosti, ki se uporabljajo za premagovanje teh ovir.
Čas objave: 10. september 2024