Erken ıslak aşındırma, temizleme veya külleme işlemlerinin gelişimini destekledi. Günümüzde, plazma kullanılarak kuru aşındırma ana akım haline geldiaşındırma işlemi. Plazma elektronlardan, katyonlardan ve radikallerden oluşur. Plazmaya uygulanan enerji, kaynak gazın nötr haldeki en dıştaki elektronlarının soyulmasına neden olur ve böylece bu elektronlar katyonlara dönüşür.
Ek olarak, moleküllerdeki kusurlu atomlar, elektriksel olarak nötr radikaller oluşturmak için enerji uygulanarak sıyrılabilir. Kuru aşındırma, plazmayı oluşturan katyonları ve radikalleri kullanır; burada katyonlar anizotropiktir (belirli bir yönde aşındırmaya uygundur) ve radikaller izotropiktir (her yönde aşındırmaya uygundur). Radikallerin sayısı, katyonların sayısından çok daha fazladır. Bu durumda, kuru aşındırma ıslak aşındırma gibi izotropik olmalıdır.
Ancak, kuru aşındırmanın anizotropik aşındırması, ultra minyatürleştirilmiş devreleri mümkün kılar. Bunun nedeni nedir? Ayrıca, katyonların ve radikallerin aşındırma hızı çok yavaştır. Peki, bu eksiklik 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 genişliğe bölünür). Devrenin kritik boyutu (CD) ne kadar küçükse, en boy oranı değeri o kadar büyük olur. Yani, 10 en boy oranı değeri ve 10nm genişlik varsayıldığında, aşındırma işlemi sırasında delinecek deliğin yüksekliği 100nm olmalıdır. Bu nedenle, ultra minyatürleştirme (2D) veya yüksek yoğunluk (3D) gerektiren yeni nesil ürünler için, aşındırma sırasında katyonların alt filme nüfuz edebilmesini sağlamak için son derece yüksek en boy oranı değerleri gerekir.
2D ürünlerde 10nm'den daha az kritik boyuta sahip ultra minyatürleştirme teknolojisine ulaşmak için dinamik rastgele erişim belleğinin (DRAM) kapasitör en boy oranı değeri 100'ün üzerinde tutulmalıdır. Benzer şekilde, 3D NAND flaş belleği de 256 veya daha fazla hücre istifleme katmanını istiflemek için daha yüksek en boy oranı değerleri gerektirir. Diğer işlemler için gereken koşullar karşılansa bile,aşındırma işlemistandartlara uygun değil. Bu yüzden aşındırma teknolojisi giderek daha önemli hale geliyor.
2. Plazma aşındırmaya genel bakış
Şekil 2. Film türüne göre plazma kaynak gazının belirlenmesi
İçi boş bir boru kullanıldığında, boru çapı ne kadar dar olursa, sıvının girmesi o kadar kolay olur, buna kılcal fenomen denir. Ancak, açıkta kalan alana bir delik (kapalı uç) açılırsa, sıvının girişi oldukça zorlaşır. Bu nedenle, devrenin kritik boyutu 1970'lerin ortalarında 3um ila 5um olduğundan, kurugravürıslak aşındırmanın yerini yavaş yavaş ana akım olarak almıştır. Yani, iyonize olmasına rağmen, tek bir molekülün hacmi organik bir polimer çözeltisi molekülünden daha küçük olduğundan derin deliklere nüfuz etmek daha kolaydır.
Plazma aşındırma sırasında, aşındırma için kullanılan işleme odasının iç kısmı, ilgili katman için uygun plazma kaynak gazı enjekte edilmeden önce vakum durumuna ayarlanmalıdır. Katı oksit filmleri aşındırırken, daha güçlü karbon florür bazlı kaynak gazları kullanılmalıdır. Nispeten zayıf silikon veya metal filmler için, klor bazlı plazma kaynak gazları kullanılmalıdır.
Peki, kapı tabakası ve altındaki silisyum dioksit (SiO2) yalıtım tabakası nasıl aşındırılmalıdır?
Öncelikle, kapı katmanı için, polisilikon aşındırma seçiciliğine sahip klor bazlı bir plazma (silikon + klor) kullanılarak silikon çıkarılmalıdır. Alt yalıtım katmanı için, silikon dioksit filmi, daha güçlü aşındırma seçiciliğine ve etkinliğine sahip karbon florür bazlı bir plazma kaynak gazı (silikon dioksit + karbon tetraflorür) kullanılarak iki adımda aşındırılmalıdır.
3. Reaktif iyon aşındırma (RIE veya fizikokimyasal aşındırma) işlemi
Şekil 3. Reaktif iyon aşındırmasının avantajları (anizotropi ve yüksek aşındırma oranı)
Plazma hem izotropik serbest radikaller hem de anizotropik katyonlar içerir, peki anizotropik aşındırma nasıl gerçekleşir?
Plazma kuru aşındırma esas olarak reaktif iyon aşındırma (RIE, Reaktif İyon Aşındırma) veya bu yönteme dayalı uygulamalarla gerçekleştirilir. RIE yönteminin özü, anizotropik katyonlarla aşındırma alanına saldırarak filmdeki hedef moleküller arasındaki bağlanma kuvvetini zayıflatmaktır. Zayıflatılan alan serbest radikaller tarafından emilir, tabakayı oluşturan parçacıklarla birleştirilir, gaza (uçucu bir bileşik) dönüştürülür ve serbest bırakılır.
Serbest radikaller izotropik özelliklere sahip olsa da, alt yüzeyi oluşturan moleküller (bağlayıcı kuvvetleri katyonların saldırısıyla zayıflamıştır) serbest radikaller tarafından daha kolay yakalanır ve güçlü bağlayıcı kuvvete sahip yan duvarlardan daha kolay yeni bileşiklere dönüştürülür. Bu nedenle, aşağı doğru aşındırma ana akım haline gelir. Yakalanan parçacıklar, vakum etkisi altında yüzeyden desorbe edilen ve serbest bırakılan serbest radikallerle gaz haline gelir.
Bu sırada 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) katyonik aşındırma veya tek başına serbest radikal aşındırma durumuna kıyasla 10 kat artar. 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 aşındırmasının başarısının anahtarı, filmi aşındırmak için uygun bir plazma kaynak gazı bulmaktır. Not: Plazma aşındırma, RIE aşındırmasıdır ve ikisi aynı kavram olarak kabul edilebilir.
4. Aşındırma Oranı ve Çekirdek Performans Endeksi
Şekil 4. Aşındırma Oranına Bağlı Çekirdek Aşındırma Performans Endeksi
Aşındırma oranı, bir dakikada ulaşılması beklenen film derinliğini ifade eder. Peki, aşındırma oranının tek bir gofret üzerindeki parçadan parçaya değişmesi ne anlama geliyor?
Bu, aşındırma derinliğinin yonga üzerindeki parçadan parçaya değiştiği anlamına gelir. Bu nedenle, ortalama aşındırma hızı ve aşındırma derinliğini göz önünde bulundurarak aşındırmanın durması gereken bitiş noktasını (EOP) ayarlamak çok önemlidir. EOP ayarlansa bile, aşındırma derinliğinin başlangıçta planlanandan daha derin (aşırı aşındırılmış) veya daha sığ (az aşındırılmış) olduğu bazı alanlar hala vardır. Ancak, az aşındırma, aşındırma sırasında aşırı aşındırmadan daha fazla hasara neden olur. Çünkü az aşındırma durumunda, az aşındırılmış parça iyon implantasyonu gibi sonraki işlemleri engelleyecektir.
Bu arada, seçicilik (aşındırma oranıyla ölçülür) aşındırma işleminin temel performans göstergesidir. Ölçüm standardı, maske tabakasının (fotorezist film, oksit film, silisyum nitrür film, vb.) ve hedef tabakanın aşındırma oranının karşılaştırılmasına dayanır. Bu, seçicilik ne kadar yüksekse hedef tabakanın o kadar hızlı aşındırıldığı anlamına gelir. Minyatürleştirme seviyesi ne kadar yüksekse, ince desenlerin mükemmel bir şekilde sunulabilmesini sağlamak için seçicilik gereksinimi de o kadar yüksektir. Aşındırma yönü düz olduğundan, katyonik aşındırmanın seçiciliği düşükken, radikal aşındırmanın seçiciliği yüksektir ve bu da RIE'nin seçiciliğini artırır.
5. Aşındırma işlemi
Şekil 5. Aşındırma işlemi
Öncelikle, gofret 800 ila 1000℃ arasında tutulan bir sıcaklıkta oksidasyon fırınına yerleştirilir ve ardından gofretin yüzeyinde kuru bir yöntemle yüksek yalıtım özelliklerine sahip bir silisyum dioksit (SiO2) filmi oluşturulur. Daha sonra, kimyasal buhar biriktirme (CVD)/fiziksel buhar biriktirme (PVD) ile oksit film üzerinde bir silisyum tabakası veya iletken bir tabaka oluşturmak için biriktirme işlemine girilir. Bir silisyum tabakası oluşursa, gerekirse iletkenliği artırmak için bir safsızlık difüzyon işlemi gerçekleştirilebilir. Safsızlık difüzyon işlemi sırasında, genellikle birden fazla safsızlık tekrar tekrar eklenir.
Bu sırada, yalıtım katmanı ve polisilikon katmanı aşındırma için birleştirilmelidir. İlk olarak, bir fotorezist kullanılır. Daha sonra, fotorezist filminin üzerine bir maske yerleştirilir ve istenen deseni (çıplak gözle görülemez) fotorezist filmine basmak için daldırma yoluyla ıslak pozlama gerçekleştirilir. Desen ana hatları geliştirme ile ortaya çıktığında, ışığa duyarlı alandaki fotorezist çıkarılır. Daha sonra, fotolitografi işlemiyle işlenen yonga, kuru aşındırma için aşındırma işlemine aktarılır.
Kuru aşındırma esas olarak reaktif iyon aşındırması (RIE) ile gerçekleştirilir. Bu aşındırmada, esas olarak her film için uygun kaynak gazı değiştirilerek aşındırma tekrarlanır. Hem kuru aşındırma hem de ıslak aşındırma, aşındırmanın en boy oranını (A/R değeri) artırmayı amaçlar. Ayrıca, deliğin dibinde biriken polimeri (aşındırma ile oluşan boşluk) çıkarmak için düzenli temizlik gerekir. Önemli nokta, tüm değişkenlerin (malzemeler, kaynak gaz, zaman, form ve sıra gibi) temizleme solüsyonunun veya plazma kaynak gazının hendeğin dibine akabilmesini sağlamak için organik olarak ayarlanması gerektiğidir. Bir değişkendeki küçük bir değişiklik, diğer değişkenlerin yeniden hesaplanmasını gerektirir ve bu yeniden hesaplama işlemi, her aşamanın amacını karşılayana 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 ve aşındırma işleminin neden olduğu sorunların, özellikle yetersiz aşındırma ve kalıntı gidermeyle ilgili sorunların önlenmesini sağlamak için kritik boyutu (CD) kontrol etmeyi amaçlar. Aşındırma ile ilgili yukarıdaki iki makale, okuyuculara aşındırma işleminin amacı, yukarıdaki hedeflere ulaşmadaki engeller ve bu engellerin üstesinden gelmek için kullanılan performans göstergeleri hakkında bir anlayış sağlamayı amaçlamaktadır.
Gönderi zamanı: Sep-10-2024