Erken dönemde uygulanan ıslak aşındırma, temizleme veya külleme işlemlerinin gelişimini desteklemiştir. Günümüzde ise plazma kullanan kuru aşındırma ana akım haline gelmiştir.aşındırma işlemiPlazma elektronlardan, katyonlardan ve radikallerden oluşur. Plazmaya uygulanan enerji, nötr haldeki kaynak gazın en dıştaki elektronlarının koparılmasına ve böylece bu elektronların katyonlara dönüştürülmesine neden olur.
Ayrıca, moleküllerdeki kusurlu atomlar, elektriksel olarak nötr radikaller oluşturmak için enerji uygulanarak uzaklaştırılabilir. Kuru aşındırma, plazmayı oluşturan katyonları ve radikalleri kullanır; burada katyonlar anizotropiktir (belirli bir yönde aşındırmaya uygundur) ve radikaller izotropiktir (tüm yönlerde aşındırmaya uygundur). Radikal sayısı katyon sayısından çok daha fazladır. Bu durumda, kuru aşındırma, ıslak aşındırma gibi izotropik olmalıdır.
Ancak, ultra minyatür devreleri mümkün kılan şey, kuru aşındırmanın anizotropik aşındırmasıdır. Bunun sebebi nedir? Ayrıca, katyonların ve radikallerin aşındırma hızı çok yavaştır. Peki, bu dezavantaj karşısında plazma aşındırma yöntemlerini seri üretime nasıl uygulayabiliriz?
1. En Boy Oranı (A/R)
Şekil 1. En boy oranı kavramı ve teknolojik ilerlemenin bu kavram üzerindeki etkisi.
En boy oranı, yatay genişliğin dikey yüksekliğe oranıdır (yani, yükseklik bölü genişlik). Devrenin kritik boyutu (CD) ne kadar küçükse, en boy oranı değeri o kadar büyük olur. Yani, en boy oranının 10 ve genişliğin 10 nm olduğunu varsayarsak, aşındırma işlemi sırasında açılan deliğin yüksekliği 100 nm olmalıdır. Bu nedenle, ultra minyatürleştirme (2D) veya yüksek yoğunluk (3D) gerektiren yeni nesil ürünler için, katyonların aşındırma sırasında alt filme nüfuz edebilmesini sağlamak için son derece yüksek en boy oranı değerleri gereklidir.
2D ürünlerde 10 nm'den daha küçük kritik boyutlara sahip ultra minyatürleştirme teknolojisine ulaşmak için, dinamik rastgele erişimli bellek (DRAM) kapasitörünün en boy oranı değeri 100'ün üzerinde tutulmalıdır. Benzer şekilde, 3D NAND flaş bellek de 256 veya daha fazla hücre istifleme katmanı oluşturmak için daha yüksek en boy oranı değerleri gerektirir. Diğer işlemler için gerekli koşullar karşılansa bile, bu koşullar sağlanmadığı takdirde istenen ürünler üretilemez.aşındırma işlemiStandartlara uygun değil. Bu nedenle aşındırma teknolojisi giderek daha önemli hale geliyor.
2. Plazma aşındırmanın genel görünümü
Şekil 2. Film türüne göre plazma kaynağı gazının belirlenmesi
İçi boş bir boru kullanıldığında, boru çapı ne kadar dar olursa, sıvının içeri girmesi o kadar kolay olur; bu olaya kılcal etki denir. Ancak, açık alana bir delik (kapalı uç) açılırsa, sıvının girişi oldukça zorlaşır. Bu nedenle, 1970'lerin ortalarında devrenin kritik boyutu 3 µm ile 5 µm arasında olduğundan, kurugravürYavaş yavaş ıslak aşındırmanın yerini alarak ana akım haline geldi. Yani, iyonize olmasına rağmen, tek bir molekülün hacmi organik polimer çözeltisi molekülünün hacminden daha küçük olduğu için derin deliklere nüfuz etmek daha kolaydır.
Plazma aşındırma işlemi sırasında, aşındırma için kullanılan işlem odasının içi, ilgili katman için uygun plazma kaynağı gazı enjekte edilmeden önce vakum durumuna getirilmelidir. Katı oksit filmlerin aşındırılmasında, daha güçlü karbon florür bazlı kaynak gazları kullanılmalıdır. Nispeten zayıf silikon veya metal filmler için ise klor bazlı plazma kaynağı gazları kullanılmalıdır.
Peki, geçit katmanı ve altındaki silikon dioksit (SiO2) yalıtım katmanı nasıl aşındırılmalıdır?
Öncelikle, geçit katmanı için, polisilikon aşındırma seçiciliğine sahip klor bazlı bir plazma (silikon + klor) kullanılarak silikon uzaklaştırılmalıdır. Alt yalıtım katmanı için ise, daha güçlü aşındırma seçiciliğine ve etkinliğine sahip karbon florür bazlı bir plazma kaynak gazı (silikon dioksit + karbon tetraflorür) kullanılarak silikon dioksit filmi iki aşamada aşındırılmalıdır.
3. Reaktif iyon aşındırma (RIE veya fizikokimyasal aşındırma) işlemi
Şekil 3. Reaktif iyon aşındırmanın avantajları (anizotropi ve yüksek aşındırma hızı)
Plazma hem izotropik serbest radikaller hem de anizotropik katyonlar içerir, peki anizotropik aşındırmayı nasıl gerçekleştirir?
Plazma kuru aşındırma esas olarak reaktif iyon aşındırma (RIE, Reaktif İyon Aşındırma) veya bu yönteme dayalı uygulamalarla gerçekleştirilir. RIE yönteminin özü, aşındırma alanına anizotropik katyonlarla saldırarak filmdeki hedef moleküller arasındaki bağ kuvvetini zayıflatmaktır. Zayıflayan alan serbest radikaller tarafından emilir, tabakayı oluşturan parçacıklarla birleşir, gaza (uçucu bir bileşik) dönüştürülür ve serbest bırakılır.
Serbest radikaller izotropik özelliklere sahip olsalar da, alt yüzeyi oluşturan moleküller (katyonların saldırısıyla bağ kuvveti zayıflayanlar), güçlü bağ kuvvetine sahip yan duvarlara kıyasla serbest radikaller tarafından daha kolay yakalanır ve yeni bileşiklere dönüştürülür. Bu nedenle, aşağı doğru aşındırma ana yöntem haline gelir. Yakalanan parçacıklar, serbest radikaller içeren gaz haline gelir ve vakum etkisi altında yüzeyden desorbe edilerek serbest bırakılır.
Bu aşamada, fiziksel etkiyle elde edilen katyonlar ve kimyasal etkiyle elde edilen serbest radikaller, fiziksel ve kimyasal aşındırma için birleştirilir ve aşındırma hızı (Aşındırma Hızı, belirli bir zaman dilimindeki aşındırma derecesi), yalnızca katyonik aşındırma veya serbest radikal aşındırma durumuna kıyasla 10 kat artırılır. Bu yöntem, yalnızca anizotropik aşağı doğru aşındırmanın aşındırma hızını artırmakla kalmaz, aynı zamanda aşındırma sonrası polimer kalıntısı sorununu da çözer. Bu yönteme reaktif iyon aşındırma (RIE) denir. RIE aşındırmanın başarısının anahtarı, filmi aşındırmak için uygun bir plazma kaynağı gazı bulmaktır. Not: Plazma aşındırma, RIE aşındırmadır ve ikisi aynı kavram olarak düşünülebilir.
4. Aşındırma Hızı ve Çekirdek Performans Endeksi
Şekil 4. Aşındırma Hızı ile İlişkili Çekirdek Aşındırma Performans Endeksi
Aşındırma hızı, bir dakikada ulaşılması beklenen film kalınlığını ifade eder. Peki, tek bir yonga levhası üzerinde aşındırma hızının parçadan parçaya değişmesi ne anlama geliyor?
Bu, aşındırma derinliğinin plakanın farklı bölgelerinde değiştiği anlamına gelir. Bu nedenle, ortalama aşındırma hızı ve aşındırma derinliği dikkate alınarak aşındırmanın durdurulması gereken bitiş noktasının (EOP) belirlenmesi çok önemlidir. EOP belirlenmiş olsa bile, aşındırma derinliğinin başlangıçta planlanandan daha fazla (aşırı aşındırılmış) veya daha az (yetersiz aşındırılmış) olduğu bazı alanlar hala mevcuttur. Bununla birlikte, yetersiz aşındırma, aşındırma sırasında aşırı aşındırmadan daha fazla hasara neden olur. Çünkü yetersiz aşındırma durumunda, yetersiz aşındırılmış kısım iyon implantasyonu gibi sonraki işlemleri engelleyecektir.
Bu arada, seçicilik (aşındırma hızı ile ölçülür) aşındırma işleminin temel performans göstergelerinden biridir. Ölçüm standardı, maske tabakasının (fotorezist film, oksit film, silikon nitrür film vb.) ve hedef tabakanın aşındırma hızlarının karşılaştırılmasına dayanmaktadır. Bu, seçicilik ne kadar yüksekse, hedef tabakanın o kadar hızlı aşındırılacağı anlamına gelir. Minyatürleştirme seviyesi ne kadar yüksekse, ince desenlerin mükemmel bir şekilde sunulabilmesi için seçicilik gereksinimi de o kadar yüksektir. Aşındırma yönü düz olduğundan, katyonik aşındırmanın seçiciliği düşüktür, radikal aşındırmanın seçiciliği ise yüksektir, bu da RIE'nin seçiciliğini artırır.
5. Aşındırma işlemi
Şekil 5. Aşındırma işlemi
Öncelikle, plaka 800 ile 1000℃ arasında bir sıcaklıkta tutulan bir oksidasyon fırınına yerleştirilir ve ardından kuru bir yöntemle plakanın yüzeyinde yüksek yalıtım özelliklerine sahip bir silikon dioksit (SiO2) filmi oluşturulur. Daha sonra, kimyasal buhar biriktirme (CVD)/fiziksel buhar biriktirme (PVD) yöntemiyle oksit film üzerine silikon tabakası veya iletken tabaka oluşturmak için biriktirme işlemine geçilir. Silikon tabakası oluşturulursa, gerekirse iletkenliği artırmak için bir safsızlık difüzyon işlemi gerçekleştirilebilir. Safsızlık difüzyon işlemi sırasında, genellikle birden fazla safsızlık tekrar tekrar eklenir.
Bu aşamada, yalıtım katmanı ve polisilikon katmanı aşındırma için birleştirilmelidir. İlk olarak, bir fotorezist kullanılır. Daha sonra, fotorezist filme bir maske yerleştirilir ve istenen deseni (çıplak gözle görülemeyen) fotorezist filme basmak için daldırma yoluyla ıslak pozlama yapılır. Geliştirme ile desenin ana hatları ortaya çıktığında, ışığa duyarlı alandaki fotorezist çıkarılır. Ardından, fotolitografi işlemiyle işlenmiş plaka, kuru aşındırma için aşındırma işlemine aktarılır.
Kuru aşındırma esas olarak reaktif iyon aşındırma (RIE) ile gerçekleştirilir; bu yöntemde aşındırma, her film için uygun kaynak gazı değiştirilerek tekrarlanır. Hem kuru hem de ıslak aşındırma, aşındırmanın en boy oranını (A/R değeri) artırmayı amaçlar. Ayrıca, deliğin dibinde (aşındırma ile oluşan boşluk) biriken polimeri uzaklaştırmak için düzenli temizlik gereklidir. Önemli olan nokta, temizleme çözeltisinin veya plazma kaynak gazının hendeğin dibine kadar akmasını sağlamak için tüm değişkenlerin (malzemeler, kaynak gazı, zaman, şekil ve sıra gibi) organik olarak ayarlanmasıdır. Bir değişkendeki küçük bir değişiklik, diğer değişkenlerin yeniden hesaplanmasını gerektirir ve bu yeniden hesaplama işlemi, her aşamanın amacına ulaşılana kadar tekrarlanır. Son zamanlarda, atomik katman biriktirme (ALD) katmanları gibi monoatomik katmanlar daha ince ve daha sert hale gelmiştir. Bu nedenle, aşındırma teknolojisi düşük sıcaklık ve basınç kullanımına doğru ilerlemektedir. Aşındırma işlemi, ince desenler üretmek için kritik boyutu (CD) kontrol etmeyi ve özellikle yetersiz aşındırma ve kalıntı giderme ile ilgili sorunlar olmak üzere aşındırma işleminden kaynaklanan sorunların önlenmesini amaçlar. Yukarıdaki iki makale, okuyuculara aşındırma işleminin amacını, yukarıdaki hedeflere ulaşmanın önündeki engelleri ve bu engellerin üstesinden gelmek için kullanılan performans göstergelerini anlamalarını sağlamayı amaçlamaktadır.
Yayın tarihi: 10 Eylül 2024