Aşındırma İşlemlerinde Seçicilik ve Maliyet Kontrolü

Plazma aşındırma, yarı iletken üretiminde en kritik süreç olabilir ve aynı zamanda tüm levha üretim süreçlerinde, yalnızca litografiden sonra ikinci en karmaşık işlemlerden biri olabilir. Gofret üretim adımlarının neredeyse yarısı, görevlerini yerine getirmek için yüksek enerjili iyonize bir gaz olan plazmaya dayanır.

Transistörlerin ve depolama ünitelerinin sürekli küçülmesine rağmen mühendisler hâlâ güvenilir gravür işlemleri sağlamak için çalışıyorlar.

Lam Research'ün Etch Ürün Grubu Pazarlamadan Sorumlu Başkan Yardımcısı Thomas Bondur şunları söyledi: 'Nanometre düzeyinde hassasiyete ve doğru yapılara sahip çipleri sürdürülebilir bir şekilde üretmek için, yarı iletken fabrikalara yönelik ekipman üreticilerinin plazma fiziğinin, malzeme mühendisliğinin, malzeme mühendisliğinin sınırlarını aşması gerekiyor. ve gerekli ekipman çözümlerini sağlamak için veri bilimi.' Bu, özellikle plakalar üzerinde hassas ve tekrarlanabilir özellikler oluşturmak için litografi ile el ele çalışan plazma gravürde belirgindir.

Bu rapor, 3D NAND, DRAM, nanosheet FET ve ara bağlantılardaki temel gravür adımlarını inceliyor ve ayrıca 2D cihazlara ve arka uç işlemeye de bakıyor. Endüstri aynı zamanda levha fabrikalarından kaynaklanan eşdeğer karbon dioksit emisyonlarını azaltmak için daha sürdürülebilir aşındırma kimyalarının peşinde.

Birçok takım üreticisi için süreç modelleme, asitleme süreci geliştirmede kritik bir rol oynar. Amaç, levha ve maske maliyetlerini düşürürken pazara çıkış süresini kısaltmaktır.

Lam Research Kıdemli Pazarlama Müdürü Barrett Finch şunları söyledi: 'En zorlu adımlardan bazıları için aşındırma sürecini optimize etmenin tamamlanması bir yıl veya daha fazla sürebilir. Yakın zamanda, tipik silikon bazlı test ve geliştirme kullanılarak üç ay sürmesi beklenen bazı süreç simülasyonlarını üç hafta içinde tamamladık.'

Yalnızca maske ve levha maliyetleri açısından bakıldığında bu, ekipman üreticileri için yüzbinlerce, hatta milyonlarca doları bulabilir.

Gravür Temelleri

Yarı iletken üretiminde dağlama işlemleri ve litografi teknikleri birlikte çalışır. Aşındırma tipik olarak ince filmlerin biriktirilmesinden önce gerçekleştirilir (epitaksi, kimyasal veya fiziksel buhar biriktirme vb. yoluyla). Genellikle bir CVD filmi bir fotodirenç ile kaplanır ve ardından deseni bir fotomask yoluyla açığa çıkarmak için optik litografi (248 nm veya 193 nm UV, 13.5 nm EUV) kullanılır. Direnç daha sonra modeli ortaya çıkarmak için geliştirilir. Tek tabakalı bir plazma aşındırma odasında, aşındırma kimyasalları ve iyon bombardımanı tipik olarak CVD filmini bir kılavuz olarak fotodirenç maskesiyle (pozitif tonlu dirençlerde) çıkarmak için kullanılır. Dağlamadan sonra, direnç küllenir, ardından ıslak kimyasal temizleme ve/veya kalıntıların giderilmesi için ıslak dağlama yapılır.

Plazma aşındırma işlemleri kabaca dielektrik, silikon veya iletken aşındırma olarak kategorize edilebilir. Silikon dioksit ve silikon nitrür gibi dielektrikler en iyi şekilde flor bazlı gazlar kullanılarak aşındırılırken, silikon ve metal katmanlar klor ile en iyi reaksiyona girer. Temel olarak üç kuru aşındırma modu vardır: reaktif iyon aşındırma, plazma aşındırma ve püskürtmeli aşındırma (iyon ışını). Aşındırma işlemleri reaktif türler, plazma ve çip malzemeleri arasındaki karmaşık etkileşimleri içerir. Reaktif gaza bir RF eğilimi uygulandığında, elektronlar ve pozitif yüklü iyonlar bombardıman yoluyla malzemeyi fiziksel olarak uzaklaştırır (aşındırır), kimyasal türler ve radikaller ise açıkta kalan malzemelerle reaksiyona girerek uçucu yan ürünler oluşturur. Aşındırma izotropik (eşit dikey ve yanal reaksiyon oranları), anizotropik (yalnızca dikey) veya bunların arasında bir şey olabilir.

Şekil 1: FinFET'ten GAA'ya geçiş, izotropik seçici aşındırma için kritik ihtiyacı artırıyor. Kaynak: Lam Araştırması.

Aşındırma mühendislerinin en çok endişe duyduğu temel ölçümler, aşındırma hızı, profil kontrolü, tekdüzelik (tüm plaka boyunca) ve aşındırma seçiciliğidir; çünkü bu faktörler verimi ve üretkenliği etkiler. Aşındırma seçiciliği, aşındırılan malzemenin, silikon üzerindeki SiO2 gibi altta yatan katmanına kıyasla çıkarma oranını ifade eder. Aşındırma işlemi sırasında aşırı fotorezistin kaldırılmaması da avantajlıdır. Ancak bu gibi durumlarda, desen alttaki filme aktarılmadan önce tipik olarak sert bir maskeye (silikon dioksit, silikon nitrür, SiOC, TiN) aktarılır.
Seçici spesifikasyonlar 2:1 ile 1000:1 (son derece seçici aşındırma) arasında değişmektedir. Her yeni düğümle birlikte bu spesifikasyonlar daha da katı hale geliyor. imec'te kuru aşındırma Ar-Ge mühendisi olan Philippe Bézard, "Önümüzdeki dört yıl içinde geleneksel EUV'nin yerini yüksek NA'lı EUV alacağından, odak çok daha düşük olacak, bu nedenle artık kalın fotorezistleri (kalın derken 30 nanometreden bahsediyorum) pozlamak mümkün olmayacak." dedi. "Ancak yine de altta aynı film kalınlığında desen oluşturmanız gerekiyor. Dolayısıyla artık daha yüksek seçiciliğe ihtiyacınız var çünkü 10:1 yerine 2:1 oranına ulaşmamız gerekiyor; bu da seçicilikte ani bir artışa, yani 4-5 kata varan bir artışa denk geliyor.

Devam edecek...