Ang maagang wet etching ay nagtaguyod ng pag-unlad ng mga proseso ng paglilinis o pag-aabo. Sa kasalukuyan, ang dry etching gamit ang plasma ay naging pangunahing pamamaraan na.proseso ng pag-ukitAng plasma ay binubuo ng mga electron, cation, at radical. Ang enerhiyang inilalapat sa plasma ay nagiging sanhi ng pagkatanggal ng mga pinakalabas na electron ng pinagmumulan ng gas na nasa neutral na estado, sa gayon ay kino-convert ang mga electron na ito sa mga cation.
Bukod pa rito, ang mga di-perpektong atomo sa mga molekula ay maaaring tanggalin sa pamamagitan ng paglalapat ng enerhiya upang bumuo ng mga electrically neutral radical. Ang dry etching ay gumagamit ng mga cation at radical na bumubuo sa plasma, kung saan ang mga cation ay anisotropic (angkop para sa pag-ukit sa isang partikular na direksyon) at ang mga radical ay isotropic (angkop para sa pag-ukit sa lahat ng direksyon). Ang bilang ng mga radical ay mas malaki kaysa sa bilang ng mga cation. Sa kasong ito, ang dry etching ay dapat na isotropic tulad ng wet etching.
Gayunpaman, ang anisotropic etching ng dry etching ang siyang dahilan kung bakit posible ang mga ultra-miniaturized circuit. Ano ang dahilan nito? Bukod pa rito, napakabagal ng bilis ng pag-etch ng mga cation at radical. Kaya paano natin mailalapat ang mga pamamaraan ng plasma etching sa malawakang produksyon sa harap ng kakulangang ito?
1. Ratio ng Aspeto (A/R)
Pigura 1. Ang konsepto ng aspect ratio at ang epekto ng teknolohikal na pag-unlad dito
Ang Aspect Ratio ay ang ratio ng pahalang na lapad sa patayong taas (ibig sabihin, taas na hinati sa lapad). Kung mas maliit ang critical dimension (CD) ng circuit, mas malaki ang halaga ng aspect ratio. Ibig sabihin, sa pag-aakalang ang halaga ng aspect ratio ay 10 at ang lapad ay 10 nm, ang taas ng butas na binutas habang isinasagawa ang proseso ng pag-ukit ay dapat na 100 nm. Samakatuwid, para sa mga susunod na henerasyon ng produkto na nangangailangan ng ultra-miniaturization (2D) o high density (3D), kinakailangan ang napakataas na halaga ng aspect ratio upang matiyak na ang mga cation ay maaaring tumagos sa ilalim na film habang isinasagawa ang pag-ukit.
Upang makamit ang teknolohiyang ultra-miniaturization na may kritikal na dimensyon na mas mababa sa 10nm sa mga produktong 2D, ang halaga ng aspect ratio ng capacitor ng dynamic random access memory (DRAM) ay dapat panatilihing higit sa 100. Katulad nito, ang 3D NAND flash memory ay nangangailangan din ng mas mataas na halaga ng aspect ratio upang mag-stack ng 256 na layer o higit pa ng mga cell stacking layer. Kahit na matugunan ang mga kundisyong kinakailangan para sa iba pang mga proseso, ang mga kinakailangang produkto ay hindi maaaring magawa kung angproseso ng pag-ukitay hindi umaabot sa pamantayan. Ito ang dahilan kung bakit ang teknolohiya ng pag-ukit ay nagiging lalong mahalaga.
2. Pangkalahatang-ideya ng plasma etching
Pigura 2. Pagtukoy sa pinagmumulan ng gas ng plasma ayon sa uri ng pelikula
Kapag gumamit ng guwang na tubo, mas makitid ang diyametro ng tubo, mas madaling makapasok ang likido, na siyang tinatawag na capillary phenomenon. Gayunpaman, kung bubutasan ang isang butas (saradong dulo) sa nakalantad na lugar, nagiging medyo mahirap ang pagpasok ng likido. Samakatuwid, dahil ang kritikal na laki ng circuit ay 3um hanggang 5um noong kalagitnaan ng 1970s, ang tuyongpag-ukitay unti-unting pumalit sa wet etching bilang pangunahing pamamaraan. Ibig sabihin, bagama't ionized, mas madali itong tumagos sa malalalim na butas dahil ang volume ng isang molekula ay mas maliit kaysa sa volume ng isang organikong molekula ng solusyong polimer.
Sa panahon ng plasma etching, ang loob ng processing chamber na ginagamit para sa etching ay dapat i-adjust sa vacuum state bago i-inject ang plasma source gas na angkop para sa kaukulang layer. Kapag nag-e-etch ng solid oxide films, dapat gamitin ang mas malalakas na carbon fluoride-based source gases. Para sa medyo mahinang silicon o metal films, dapat gamitin ang chlorine-based plasma source gases.
Kaya, paano dapat i-ukit ang gate layer at ang nakapailalim na silicon dioxide (SiO2) insulating layer?
Una, para sa gate layer, dapat tanggalin ang silicon gamit ang chlorine-based plasma (silicon + chlorine) na may polysilicon etching selectivity. Para sa ilalim na insulating layer, ang silicon dioxide film ay dapat i-etch sa dalawang hakbang gamit ang carbon fluoride-based plasma source gas (silicon dioxide + carbon tetrafluoride) na may mas malakas na etching selectivity at bisa.
3. Proseso ng reaktibong ion etching (RIE o physicochemical etching)
Pigura 3. Mga Benepisyo ng reactive ion etching (anisotropy at mataas na etching rate)
Ang plasma ay naglalaman ng parehong isotropic free radicals at anisotropic cations, kaya paano ito nagsasagawa ng anisotropic etching?
Ang plasma dry etching ay pangunahing isinasagawa sa pamamagitan ng reactive ion etching (RIE, Reactive Ion Etching) o mga aplikasyon batay sa pamamaraang ito. Ang pangunahing layunin ng pamamaraang RIE ay pahinain ang puwersa ng pagbubuklod sa pagitan ng mga target na molekula sa pelikula sa pamamagitan ng pag-atake sa lugar ng etching gamit ang mga anisotropic cation. Ang humihinang lugar ay hinihigop ng mga free radical, sinamahan ng mga particle na bumubuo sa layer, kino-convert sa gas (isang volatile compound) at inilalabas.
Bagama't ang mga free radical ay may mga isotropic na katangian, ang mga molekula na bumubuo sa ilalim na ibabaw (na ang puwersa ng pagbigkis ay humihina dahil sa pag-atake ng mga cation) ay mas madaling makuha ng mga free radical at ma-convert sa mga bagong compound kaysa sa mga side wall na may malakas na puwersa ng pagbigkis. Samakatuwid, ang downward etching ang nagiging mainstream. Ang mga nakuhang particle ay nagiging gas kasama ng mga free radical, na inaalis ang pagkasensitibo at inilalabas mula sa ibabaw sa ilalim ng aksyon ng vacuum.
Sa panahong ito, ang mga cation na nakuha sa pamamagitan ng pisikal na aksyon at ang mga free radical na nakuha sa pamamagitan ng kemikal na aksyon ay pinagsama para sa pisikal at kemikal na pag-ukit, at ang etching rate (Etch Rate, ang antas ng pag-ukit sa isang partikular na tagal ng panahon) ay tumataas ng 10 beses kumpara sa kaso ng cationic etching o free radical etching lamang. Ang pamamaraang ito ay hindi lamang makapagpapataas ng etching rate ng anisotropic downward etching, kundi malulutas din ang problema ng polymer residue pagkatapos ng etching. Ang pamamaraang ito ay tinatawag na reactive ion etching (RIE). Ang susi sa tagumpay ng RIE etching ay ang paghahanap ng plasma source gas na angkop para sa pag-ukit ng film. Paalala: Ang plasma etching ay RIE etching, at ang dalawa ay maaaring ituring na iisang konsepto.
4. Rate ng Pag-ukit at Core Performance Index
Pigura 4. Core Etch Performance Index na may kaugnayan sa Etch Rate
Ang etch rate ay tumutukoy sa lalim ng pelikula na inaasahang maaabot sa loob ng isang minuto. Kaya ano ang ibig sabihin na ang etch rate ay nag-iiba sa bawat bahagi sa isang wafer?
Nangangahulugan ito na ang lalim ng pag-ukit ay nag-iiba-iba sa bawat bahagi sa wafer. Dahil dito, napakahalagang itakda ang end point (EOP) kung saan dapat huminto ang pag-ukit sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa average na etch rate at etch depth. Kahit na nakatakda na ang EOP, mayroon pa ring ilang mga lugar kung saan ang lalim ng pag-ukit ay mas malalim (over-etched) o mas mababaw (under-etched) kaysa sa orihinal na plano. Gayunpaman, ang under-etching ay nagdudulot ng mas maraming pinsala kaysa sa over-etching habang nag-uukit. Dahil sa kaso ng under-etching, ang under-etched na bahagi ay makakasagabal sa mga kasunod na proseso tulad ng ion implantation.
Samantala, ang selectivity (sinusukat sa pamamagitan ng etch rate) ay isang mahalagang tagapagpahiwatig ng pagganap ng proseso ng pag-ukit. Ang pamantayan sa pagsukat ay batay sa paghahambing ng etch rate ng mask layer (photoresist film, oxide film, silicon nitride film, atbp.) at ng target layer. Nangangahulugan ito na mas mataas ang selectivity, mas mabilis na nauukit ang target layer. Kung mas mataas ang antas ng miniaturization, mas mataas ang kinakailangan sa selectivity upang matiyak na ang mga pinong pattern ay maaaring perpektong maipakita. Dahil tuwid ang direksyon ng pag-ukit, mababa ang selectivity ng cationic etching, habang mataas ang selectivity ng radical etching, na nagpapabuti sa selectivity ng RIE.
5. Proseso ng pag-ukit
Pigura 5. Proseso ng pag-ukit
Una, ang wafer ay inilalagay sa isang oxidation furnace na may temperaturang pinapanatili sa pagitan ng 800 at 1000℃, at pagkatapos ay isang silicon dioxide (SiO2) film na may mataas na insulation properties ang binubuo sa ibabaw ng wafer sa pamamagitan ng dry method. Susunod, ang proseso ng deposition ay isinasagawa upang bumuo ng silicon layer o conductive layer sa oxide film sa pamamagitan ng chemical vapor deposition (CVD)/physical vapor deposition (PVD). Kung mabubuo ang isang silicon layer, maaaring isagawa ang impurity diffusion process upang mapataas ang conductivity kung kinakailangan. Sa proseso ng impurity diffusion, maraming impurities ang kadalasang paulit-ulit na idinaragdag.
Sa oras na ito, dapat pagsamahin ang insulating layer at ang polysilicon layer para sa etching. Una, ginagamit ang isang photoresist. Kasunod nito, isang mask ang inilalagay sa photoresist film at ang wet exposure ay isinasagawa sa pamamagitan ng paglulubog upang mai-imprint ang nais na pattern (hindi nakikita ng mata) sa photoresist film. Kapag ang pattern outline ay nabunyag sa pamamagitan ng development, ang photoresist sa photosensitive area ay tinatanggal. Pagkatapos, ang wafer na pinoproseso ng proseso ng photolithography ay inililipat sa proseso ng etching para sa dry etching.
Ang dry etching ay pangunahing isinasagawa sa pamamagitan ng reactive ion etching (RIE), kung saan ang etching ay inuulit pangunahin sa pamamagitan ng pagpapalit ng source gas na angkop para sa bawat film. Ang parehong dry etching at wet etching ay naglalayong pataasin ang aspect ratio (A/R value) ng etching. Bukod pa rito, kinakailangan ang regular na paglilinis upang maalis ang polymer na naipon sa ilalim ng butas (ang puwang na nabuo ng etching). Ang mahalagang punto ay ang lahat ng mga variable (tulad ng mga materyales, source gas, oras, anyo at pagkakasunod-sunod) ay dapat na isaayos nang organiko upang matiyak na ang cleaning solution o plasma source gas ay maaaring dumaloy pababa sa ilalim ng trench. Ang bahagyang pagbabago sa isang variable ay nangangailangan ng muling pagkalkula ng iba pang mga variable, at ang proseso ng muling pagkalkula na ito ay inuulit hanggang sa matugunan nito ang layunin ng bawat yugto. Kamakailan lamang, ang mga monoatomic layer tulad ng mga atomic layer deposition (ALD) layer ay naging mas manipis at mas matigas. Samakatuwid, ang teknolohiya ng etching ay patungo sa paggamit ng mababang temperatura at presyon. Ang proseso ng etching ay naglalayong kontrolin ang critical dimension (CD) upang makagawa ng mga pinong pattern at matiyak na ang mga problemang dulot ng proseso ng etching ay maiiwasan, lalo na ang under-etching at mga problema na may kaugnayan sa pag-alis ng residue. Ang dalawang artikulo sa itaas tungkol sa pag-ukit ay naglalayong bigyan ang mga mambabasa ng pag-unawa sa layunin ng proseso ng pag-ukit, ang mga balakid sa pagkamit ng mga layuning nabanggit, at ang mga tagapagpahiwatig ng pagganap na ginamit upang malampasan ang mga naturang balakid.
Oras ng pag-post: Set-10-2024