Рано мокро нагризање је подстакло развој процеса чишћења или пепелења. Данас је суво нагризање помоћу плазме постало главни ток.процес гравирањаПлазма се састоји од електрона, катјона и радикала. Енергија примењена на плазму узрокује да се најудаљенији електрони изворног гаса у неутралном стању откину, чиме се ови електрони претварају у катјоне.
Поред тога, несавршени атоми у молекулима могу се уклонити применом енергије да би се формирали електрично неутрални радикали. Суво нагризање користи катјоне и радикале који чине плазму, где су катјони анизотропни (погодни за нагризање у одређеном правцу), а радикали су изотропни (погодни за нагризање у свим правцима). Број радикала је далеко већи од броја катјона. У овом случају, суво нагризање треба да буде изотропно као и мокро нагризање.
Међутим, управо анизотропно нагризање сувим нагризањем омогућава израду ултраминијатуризованих кола. Који је разлог за то? Поред тога, брзина нагризања катјона и радикала је веома спора. Па како можемо применити методе плазма нагризања у масовној производњи суочени са овим недостатком?
1. Однос ширине и висине (A/R)
Слика 1. Концепт односа ширине и висине и утицај технолошког напретка на њега
Однос ширине и висине је однос хоризонталне ширине и вертикалне висине (тј. висина подељена ширином). Што је мања критична димензија (CD) кола, то је већа вредност односа ширине и висине. То јест, под претпоставком односа ширине и висине од 10 и ширине од 10 nm, висина рупе избушене током процеса нагризања требало би да буде 100 nm. Стога, за производе следеће генерације који захтевају ултра-минијатуризацију (2D) или високу густину (3D), потребне су изузетно високе вредности односа ширине и висине како би се осигурало да катјони могу да продру кроз доњи филм током нагризања.
Да би се постигла ултра-минијатуризациона технологија са критичном димензијом мањом од 10 нм у 2Д производима, вредност односа ширине и висине кондензатора динамичке меморије са случајним приступом (DRAM) треба да се одржава изнад 100. Слично томе, 3Д NAND флеш меморија такође захтева веће вредности односа ширине и висине за слагање 256 слојева или више слојева за слагање ћелија. Чак и ако су испуњени услови потребни за друге процесе, потребни производи се не могу произвести ако...процес гравирањаније на нивоу стандарда. Због тога технологија нагризања постаје све важнија.
2. Преглед плазма нагризања
Слика 2. Одређивање гаса извора плазме према типу филма
Када се користи шупља цев, што је пречник цеви ужи, то је течност лакше да уђе, што је такозвани капиларни феномен. Међутим, ако се рупа (затворени крај) избуши у изложеном подручју, унос течности постаје прилично тежак. Стога, пошто је критична величина кола била од 3μm до 5μm средином 1970-их, сувагравирањепостепено је заменио мокро нагризање као главни поступак. То јест, иако је јонизовано, лакше је продрети у дубоке рупе јер је запремина једног молекула мања од запремине молекула раствора органског полимера.
Током плазма нагризања, унутрашњост коморе за обраду која се користи за нагризање треба подесити на вакуумско стање пре убризгавања гаса извора плазме погодног за одговарајући слој. Приликом нагризања чврстих оксидних филмова, треба користити јаче гасове извора на бази угљен-флуорида. За релативно слабе силицијумске или металне филмове, треба користити гасове извора плазме на бази хлора.
Дакле, како треба нагризати слој капије и основни изолациони слој силицијум диоксида (SiO2)?
Прво, за слој капије, силицијум треба уклонити коришћењем плазме на бази хлора (силицијум + хлор) са селективношћу нагризања полисилицијума. За доњи изолациони слој, филм силицијум диоксида треба нагризати у два корака коришћењем плазме на бази угљен-флуорида (силицијум диоксид + угљен-тетрафлуорид) са јачом селективношћу и ефикасношћу нагризања.
3. Процес реактивног јонског нагризања (RIE или физичко-хемијско нагризање)
Слика 3. Предности реактивног јонског нагризања (анизотропија и висока брзина нагризања)
Плазма садржи и изотропне слободне радикале и анизотропне катјоне, па како онда врши анизотропно нагризање?
Плазма суво нагризање се углавном изводи реактивним јонским нагризањем (RIE, Reactive Ion Etching) или применама заснованим на овој методи. Суштина RIE методе је слабљење силе везивања између циљних молекула у филму нападом подручја нагризања анизотропним катјонима. Ослабљено подручје апсорбују слободни радикали, комбинују се са честицама које чине слој, претварају се у гас (испарљиво једињење) и ослобађају.
Иако слободни радикали имају изотропне карактеристике, молекули који чине доњу површину (чија је сила везивања ослабљена нападом катјона) лакше се хватају слободним радикалима и претварају у нова једињења него бочни зидови са јаком силом везивања. Стога, нагризање надоле постаје главни ток. Заробљене честице постају гас са слободним радикалима, који се десорбују и ослобађају са површине под дејством вакуума.
У овом тренутку, катјони добијени физичким деловањем и слободни радикали добијени хемијским деловањем се комбинују за физичко и хемијско нагризање, а брзина нагризања (брзина нагризања, степен нагризања у одређеном временском периоду) се повећава 10 пута у поређењу са случајем само катјонског нагризања или нагризања слободним радикалима. Ова метода не само да може повећати брзину нагризања анизотропним надоле нагризањем, већ и решити проблем остатака полимера након нагризања. Ова метода се назива реактивно јонско нагризање (RIE). Кључ успеха RIE нагризања је проналажење гаса извора плазме погодног за нагризање филма. Напомена: Плазма нагризање је RIE нагризање и та два се могу сматрати истим концептом.
4. Брзина нагризања и индекс перформанси језгра
Слика 4. Индекс перформанси нагризања језгра у односу на брзину нагризања
Брзина нагризања се односи на дубину филма која се очекује да се достигне за један минут. Шта значи да се брзина нагризања разликује од дела до дела на једној плочици?
То значи да дубина нагризања варира од дела до дела на плочици. Из тог разлога, веома је важно подесити крајњу тачку (EOP) где би нагризање требало да се заустави, узимајући у обзир просечну брзину нагризања и дубину нагризања. Чак и ако је EOP подешен, и даље постоје нека подручја где је дубина нагризања дубља (превише нагризано) или плића (недовољно нагризано) него што је првобитно планирано. Међутим, недовољно нагризање узрокује већу штету него прекомерно нагризање током нагризања. Јер у случају недовољног нагризања, недовољно нагризани део ће ометати накнадне процесе као што је јонска имплантација.
У међувремену, селективност (мерена брзином нагризања) је кључни показатељ учинка процеса нагризања. Стандард мерења се заснива на поређењу брзине нагризања маскираног слоја (фоторезистни филм, оксидни филм, силицијум нитридни филм итд.) и циљног слоја. То значи да што је већа селективност, циљни слој се брже нагриза. Што је виши ниво минијатуризације, то је већи захтев за селективношћу како би се осигурало да се фини обрасци могу савршено представити. Пошто је смер нагризања праволинејан, селективност катјонског нагризања је ниска, док је селективност радикалног нагризања висока, што побољшава селективност RIE (ридикалног изолационог нагризања).
5. Процес гравирања
Слика 5. Процес нагризања
Прво, плочица се ставља у оксидациону пећ са температуром која се одржава између 800 и 1000℃, а затим се на површини плочице сувим поступком формира филм силицијум диоксида (SiO2) са високим изолационим својствима. Затим се улази у процес таложења како би се формирао слој силицијума или проводљиви слој на оксидном филму хемијским таложењем из паре (CVD)/физичким таложењем из паре (PVD). Ако се формира слој силицијума, може се извршити процес дифузије нечистоћа како би се повећала проводљивост ако је потребно. Током процеса дифузије нечистоћа, често се вишеструко додају нечистоће.
У овом тренутку, изолациони слој и полисилицијумски слој треба комбиновати за нагризање. Прво се користи фоторезист. Након тога, маска се ставља на фоторезистни филм и врши се мокра експозиција урањањем како би се жељени узорак (невидљив голим оком) одштампао на фоторезистни филм. Када се обрис узорка открије развијањем, фоторезист у фотоосетљивом подручју се уклања. Затим се плочица обрађена поступком фотолитографије преноси у процес нагризања за суво нагризање.
Суво нагризање се углавном врши реактивним јонским нагризањем (RIE), код ког се нагризање понавља углавном заменом изворног гаса погодног за сваки филм. И суво и мокро нагризање имају за циљ повећање односа ширине и висине (A/R вредност) нагризања. Поред тога, потребно је редовно чишћење како би се уклонио полимер акумулиран на дну рупе (празнина формирана нагризањем). Важно је да све варијабле (као што су материјали, изворни гас, време, облик и редослед) треба органски подесити како би се осигурало да раствор за чишћење или изворни гас плазме може да тече до дна рова. Мала промена једне варијабле захтева поновно израчунавање других варијабли, а овај процес поновног израчунавања се понавља док не испуни сврху сваке фазе. У последње време, моноатомски слојеви, као што су слојеви атомског слоја таложења (ALD), постали су тањи и тврђи. Стога се технологија нагризања креће ка употреби ниских температура и притисака. Процес нагризања има за циљ да контролише критичну димензију (CD) како би се произвели фини обрасци и осигурало да се избегну проблеми изазвани процесом нагризања, посебно недовољно нагризање и проблеми везани за уклањање остатака. Горе наведена два чланка о нагризању имају за циљ да читаоцима пруже разумевање сврхе процеса нагризања, препрека за постизање горе наведених циљева и индикатора учинка који се користе за превазилажење таквих препрека.
Време објаве: 10. септембар 2024.