Dielektrische Radierung - Vergleich von Ätzungs-Prozessen für die Ätzung von Dielektrischen Filmen SiO2 durch Oxford-Instrument-Plasma-Technologie

Themen Umfaßt

Überblick
Dielektrische Ätzungs-Prozesse in den Verschiedenen Kammern
Reagierende IonenÄtzungs- (RIE)und Plasma-Ätzungs- (PE)Anlagen
mit hoher Schreibdichte - Kammern des Plasma-(HDP)
     mit hoher Schreibdichte - Plasma-Quellen
     Die Anisotropen und Isotropen Bauteile
Vorteile von ICP für Dielektrische Radierung
Anwendungen der Dielektrischen Radierung
mit hoher Schreibdichte - Plasma-Anlagen von Oxford-Instrumenten
ICP Basierte Siliciumdioxid-Radierungs-Anlage von Oxford-Instrumenten
Unter Verwendung ICP, zum von Nanoscale-Merkmalen Zu Ätzen
     Verbessern von Selektivität mit Wasserstoff
     SteuerungsIonenMagnetfeld und Gas-Chemie Während des Ätzungs-Prozesses
Zusammenfassung

Überblick

Dieses Papier vergleicht verschiedene Aspekte der dielektrischen Radierung. Die zwei führenden Techniken für die Ätzung des Nichtleiters werden, nämlich Diode RIE und basierte Prozesse mit hoher Schreibdichte behandelt. Im Papier aktualisieren wir die spätesten Ergebnisse für diese Techniken und betrachten auch die wachsende Bedeutung von nanoscale Radierung von dielektrischen Filmen.

Dielektrische Ätzungs-Prozesse in den Verschiedenen Kammern

In den letzten Jahren sind dielektrische Ätzungsprozesse in zunehmendem Maße in den verschiedenen Baumustern von Kammern, abhängig von den Abnehmerätzungsanforderungen und den Haushaltsbeschränkungen durchgeführt worden. Für dielektrische Radierung, in der Ätzungskinetik kein bedeutender Treiber, mit angemessenen Linienbreiten ist (gewöhnlich >1µm), werden traditionelle Diode-artige Kammern verwendet. Wo Kinetik ein Treiber, mit kleineren Linienbreiten ist (gewöhnlich <1µm), werden Hoch-Dichteplasma Anlagen verwendet.

Reagierende IonenÄtzung (RIE) und -plasma Ätzen (PE) Anlagen

Traditionelle Diode oder Parallelplatte, Plasmakammern sind in der Industrie gut eingerichtet. Parallel-Platte Anlagen werden klassisch in zwei eindeutige Baumuster aufgegliedert; diese werden Ätzungs- oder Plasma-Ätzungs (RIE)anlagen Reactive Ion (PE) genannt. Einige Hersteller haben magnetische Verbesserung diesen Grundsystemen hinzugefügt, Seitenwand verliert zu verringern und begrenzt das Plasma. Von diesen zwei Parallelplatte Reaktoren schreiben die RIE Anlage ist gewesen das, das gewöhnlich für die Radierung von dielektrischen Filmen angenommen wird. In einem RIE wird das Plasma gewöhnlich an den Hochfrequenzen mit einer HF-Leistung im Bereich von einigen Hunderten vom Watt, durch zu Kilowatt erzeugt. Für die treibende Frequenz, die den Elektronen in der Kammer gewählt wird, werden vorzugsweise beschleunigt, während die Ionen durch die durchschnittlichen elektrostatischen Bereiche getrieben werden. Der aufbereitete Wafer befindet sich auf der angeschalteten Elektrode (Ionenbeschleunigung erhöhen). Die mitllere freie Weglänge des Elektrons begrenzt den Betriebsdruck. Wenn der Druck nahe der Stufe, auf der die mitllere freie Weglänge des Elektrons dem Abstand zwischen die Elektroden sich nähert (im Allgemeinen einige cm) das Plasma ist nicht mehr autark gesenkt wird. Eine typische RIE-Anordnung wird in Abbildung 1. markiert.

Abbildung 1. RIE-Diagramm.

mit hoher Schreibdichte - Kammern des Plasma-(HDP)

mit hoher Schreibdichte - Kammern des Plasmas (HDP) werden konstruiert, damit die Plasmaelektronen in einer Richtung erregt werden, die zu den Kammergrenzen parallel ist. Die geläufigste HDP-Quelle ist die induktiv verbundene Plasma (ICP)kammer, die durch OIPT verwendet wird. In dieser Anlage wird das Plasma durch eine magnetische mögliche Installation durch eine Ringwunde außerhalb der dielektrischen Wände getrieben (typische Auslegung sehen Abbildung 2). Die Richtung des Elektronenstroms ist gegenüber der des Ringstroms, die mit Absicht Ähnlichkeit zu den Kammeroberflächen sind. Wenn das Plasma erregt wird, dass auf diese Art die mitllere freie Weglänge des Elektrons als viel größer werden kann, können die Kammerabmessungen und der Betriebsdruck nachfolgend gesenkt werden. Die unterere Grenze auf den Druck wird gewöhnlich durch die Leistungsfähigkeit der bestimmten Quelle vorgeschrieben. In den meisten Werkstoffverarbeitungsplasmenn ist die Elektronheizung Haupt- widerstrebend, und der Widerstand des Plasmas stuft mit der Dichte von den neutralen Personen ein, die für unelastische Stöße erhältlich sind. Während der Widerstand (Druck) gesenkt wird, also die Fähigkeit der Quelle ist, das Plasma zu treiben.

Abbildung 2. kompatible Quelle OIPT 300mm.

mit hoher Schreibdichte - Plasma-Quellen

Quellen mit hoher Schreibdichte erlauben, dass die Waferplatte unabhängig der Quelle angeschaltet wird und die beträchtliche Entkoppelung zwischen der Ionenenergie (Wafervorspannung) und das Ionenmagnetfeld bereitstellt (die Plasmadichte Haupt- getrieben durch Quellleistung). In einer Plasmaradierung Umgebung wird die Anisotrophie von der Beschleunigung von Ionen durch die Plasmahüllen, in einem Richtung Normal zur Waferoberfläche zur Verfügung gestellt.

Die Anisotropen und Isotropen Bauteile

Das anisotrope Bauteil wird maximiert, wenn das ankommende Ionenmagnetfeld so normal ist-, wie möglich zur Oberfläche. Das isotrope Bauteil des ankommenden Ionenmagnetfeldes ist- jedes Thermal (gewöhnlich weniger als 0,1 eV, mit mehreren hundert eV für die Hüllenspannung verglichen), oder verursacht durch Zusammenstöße der Ionen in den Hüllen mit neutralen Personen (entweder Gummiband oder chargeexchange). Operation in einer Unterdruck-/Einfuhrüberwachung mit hoher Schreibdichte liefert viel Verdünner und weniger Kollisionshüllen und macht es möglich, ein anisotroperes Radierungsbauteil zu erhalten.

Vorteile von ICP für Dielektrische Radierung

Die aufbereitenden Hauptvorteile von ICP für dielektrische Radierung sind bessere CD-Regelung, höhere Radierungskinetik, höhere Längenverhältnisse und ein verbessertes Verarbeitungsfenster.

Das Kopieren von Dielektrika, besonders Siliciumdioxid, ist in der Fertigung von modernen Halbleiterbauelementen, von optischen Hohlleitern, VON HF Identifikation, von nanoimprint Usw. Wegen der höheren Bindungsenergien, die dielektrische Radierung chemische benötigt Anlagen des aggressiven, Ion-erhöhten, Fluor-basierten Plasmas inhärent. Vertikale Profile werden durch Seitenwandpassivierung, gewöhnlich erzielt, indem man Kohlenstoff-enthaltenen Fluorspezies zum Plasma einführt (z.B., CF, CHF4, CF3).4 8Hohe ionbombardment Energie wird, um diese Polymerschicht vom Oxid zu löschen, gefordert sowie die reagierenden Spezies in die Oxidoberfläche zu mischen, um SiFx-Produkte zu bilden.

Anwendungen der Dielektrischen Radierung

Dielektrische Radierungsanwendungen beruhen gewöhnlich auf den konkurrierenden Einflüssen der Polymerabsetzung und der reagierenden Ionenradierung, um vertikale Profile zu erzielen sowie auf zugrunde liegenden Schichten Ätzung-zu stoppen. Während Hartmaske Offenmerkmal Größen zu 0,18 µm schrumpfen, oder weniger, für nanoimprint Anwendungen, Längenverhältnisse auf 4:1 oder mehr erhöhen. Das Ion und das radikale Magnetfeld zur Unterseite dieser Merkmale wird, wegen der Zusammenstöße mit den Merkmalsseitenwänden und anderen Spezies verringert, die im Merkmal vorhanden sind. Ätzungsprodukte (z.B., SiFOx undyz CF)x können nichty aus diesen Merkmalen heraus, mit dem Ergebnis der übermäßigen Polymerisierung nahe der Unterseite des Merkmals betriebsbereit diffundieren, das in hohem Grade spitz zugelaufene Merkmale und schlechte Maskenübertragung erstellt.

Traditionelles RIE-Baumuster Prozesse basieren gewöhnlich um CF/CHF43; normalerweise kombiniert entweder mit O2, Ihm, AR oder einer Permutation. Weil die Ionenenergie nicht unabhängig esteuertes Erhöhen sein kann, führt die HF-Leistung schließlich zu übermäßigen Fotoresistschaden. Dieses begrenzt die Ätzungskinetik, die erzielt werden kann, das zu irgendeinem Grad durch die Anwendung besser abkühlen vermindert werden kann (das Festklemmen und das Liefern Er an die Rückseite des Wafers verwendend). Für den Prozess, der in SEM1 kann die durchgeführt wird, Ätzungskinetik von 35nm zu 70nm verdoppelt werden, indem man solch eine Methode anwendet. Eine Andere Methode, den Durchsatz zu erhöhen ist, Losumfang zu erhöhen. Dieses ist für kleinere Wafergrößen, bis 100mm durchführbar, aber für 150mm und über der Systemgröße, mit den hinzugefügten Punkten von über Stapeleinheitlichkeit Usw. Diodenkammern auch werden ausgeführt geworden mit Druck normalerweise der Ordnung von 10's von mT, um das Plasma zu stützen (sehen Sie früher), wird dieses verringert die Anisotrophie und die Längenverhältnisse übertrieben, die geätzt werden können.

SEM 1 RIE-Hohlleiterätzung

mit hoher Schreibdichte - Plasma-Anlagen von Oxford-Instrumenten

OIPT haben Anlagen mit hoher Schreibdichte entwickelt, um viele der Punkte anzusprechen, die auf Ätzungskinetik, Anisotrophie und Längenverhältnisabhängigkeit in Verbindung gestanden werden. In einer Anlage mit hoher Schreibdichte kann der Betriebsdruck viel niedriger (10mTorr oder kleiner) und das Ausbreitungsvermögen und die Mobilität der reagierenden Spezies entsprechend sein höher. Darüber hinaus ist- das Ionenmagnetfeld unabhängig durch die Quellleistung, damit dem Gesamtionenmagnetfeld erhöht werden kann außen so viel einer Zunahme der Ionenenergie und möglicherweise verringern, widerstehen Schaden melodisch.

Das Einsetzen von traditionellen chemischen Anlagen (z.B., CF/CHF4) in3 einer ICP-Kammer führt möglicherweise zu übermäßiges widerstehen Verlust/Schaden.

Dieses tritt auf, weil das höhere Ionenmagnetfeld zu viel des Polymers löscht, welches das Widerstehung schützt. Die größere Auflösungs-Leistungsfähigkeit und hohes Ionenmagnetfeld von Hoch-Dichteplasma Quellen, Erlaubnis der Gebrauch von einem in hohem Grade Polymerisierungszufuhrgas (z.B., CF).4 8Wegen ihres des niedrigeren Betriebsdrucks (d.h. erhöhtes Speziesausbreitungsvermögen) klimatisiert Kammerwand Spiel eine wichtigere Rolle in ICP-Kammern. Zum Beispiel zur Steuerpolymeransammlung, welche die Kammerwandtemperatur, pumpende Drehzahl geregelt wird, wird, plus periodische Plasmareinigungsschritte werden verwendet vor dem Aufbereiten eines Wafers maximiert.

ICP Basierte Siliciumdioxid-Radierungs-Anlage von Oxford-Instrumenten

Siliciumdioxid-Radierungsanlage OIPTS basiert ICP basierte auf den CF, die48 mit O und/oder2 Edelgas Er kombiniert werden. Da CF48 ist, Produkte einer werden belastete Ringmolekül-Auflösung gedacht, um aus hohen Stufen von CFx zu bestehen (x=2) Polymervorläufer.

Eine einfache Grundmasse L9 Taguchi ist an OIPT ausgeführt worden, um die Einflüsse der Prozessparameter wie Fluss, ICP-Leistung Usw., auf den Prozess festzustellen. Die Tendenzen werden in Diagramm 1. gezeigt.

Diagramm 1

Ähnliche Zellen dieser Informationen zu denen Verwendend, die in SEM 1 gesehen werden, sind geätzt worden, an >3times sehen die Ätzungskinetik und mit geraderen Seitenwänden SEM 2 und SEM 3

SEM 2

SEM 3

Unter Verwendung ICP, zum von Nanoscale-Merkmalen Zu Ätzen

Unter Verwendung einer HDP-Quelle wie ICP, das mit Niederdrücken funktioniert, erschließen Sie die Möglichkeit von Radierung nanoscale Merkmalen, die nicht in einer traditionellen Diodenanlage möglich sind. Dieses benötigt genaue Regelung des Ionenmagnetfeldes zur Oberfläche, die Polymerisierung zu steuern - zu niedrig und die Möglichkeit ist, dass das Ätzungsprofil spitz zuläuft, oder es vollständig stoppt. Nah Arbeitend mit Nano-mitten wie denen an Cornell und an LBNL, hat OIPT eine Reichweite der Prozesse entwickelt, die zu den Radierungszellen mit Linienbreiten der Ordnung von 100nm, Beispiele von diesen fähig sind, werden gezeigt in SEMS 4, 5 und 6

SEM 4

SEM 5

SEM 6

Verbessern von Selektivität mit Wasserstoff

Einige HalbleiterGerätehersteller haben verbesserter Selektivität mit dem Zusatz des Wasserstoffs die CF-basierte Anlage48 berichtet. Diese Wasserstoffeinbeziehung erzeugt die weit größeren Niveaus des CF-xy Polymers verglichen mit den Anlagen, die mit keinen funktionieren. OIPT haben gefunden, dass die Anwendung solch eines Prozesses zu übermäßige Polymeraufrüstung im Reaktor führt, selbst wenn hoch entwickelte Kammerheizung verwendet wird. Dieses ergibt häufigere Plasmareinigung, plus die Möglichkeit von mechanischerem säubert - abnehmende produktive Bearbeitungszeit zusammen mit zunehmenden Kosten des Besitzes. OIPT haben dass gefunden, indem sie den korrekten Ausgleich des Prozesses und der Kleinteile erzielten, während, den Gebrauch von H ausschließend2, der über Wafer µm 1000 vor einem sauberen Werden des Plasmas geätzt werden kann notwendig.

SteuerungsIonenMagnetfeld und Gas-Chemie Während des Ätzungs-Prozesses

Ein Prozess, der die Regelung zeigt, die, für dielektrische Radierung, in der Anlage OIPT ICP erzielt werden kann, ist die Radierung von Mikroobjektiven in ein2 Grundmaterial SiO, wie Quarz oder Glas. Regelung des Ionenmagnetfeldes, plus Gaschemie, wird gefordert, um die gewünschte Mikroobjektiv Form im Substratflächenmaterial, als die Kohlenstoffladenänderungen mit Zeit zu erzielen. SEM7 zeigt ein Beispiel eines tadellos geätzten Mikroobjektivs.

SEM 7

SEM 8

Neuentwicklungen haben gezeigt, dass eine Tendenz in Richtung zu den tieferen Nichtleiterätzungen, der Ordnung von >100µm, gefordert werden. Normale Fotoresistmasken können nicht verwendet werden, um zu dieser Tiefe zu ätzen, also werden Metallmasken, wie Cr und Ni, verwendet, die der Selektivität von >100 anbieten können: 1. Dieses gibt mehr Breite in der Prozesschemie, die verwendet werden kann, aber Regelung des Ionenmagnetfeldes ist- noch entscheidend. Zu hoch und die Maske liegt am Spritzen abgefressenes, bevor die gewünschte Tiefe erreicht wird. SEMs 8 und 9 zeigen eine tiefe Quarzätzung, die eine Crmaske verwendet. Für SEM9 gab es einen abdeckenden Punkt, der Rückstand verließ, aber er zeigt die Fähigkeit zur Ätzung zu den erheblichen Tiefen.

SEM 9

Zusammenfassung

Haben die Diode und ICP-Prozesse, für dielektrische Radierung, behandelt im Laufe der Jahre - im Hinblick auf Kleinteile und Prozess entwickelt. Der ICP basierte Prozess bietet höhere Ätzungskinetik, mit besserer CD an und Anisotrophieregelung, zusammen mit den höheren Längenverhältnissen Usw., die diese Verbesserungen Erzielen, benötigt den Gebrauch von größeren turbomolecular Pumpen, die zu Kosten kommen, aber den Vorteilen der höheren Kinetik mehr als ausgleichen dieses. Auch indem man diese größeren Pumpen und unabhängige Ionenmagnetfeldregelung, die Möglichkeit von Radierung nanoscale Merkmalen verwendet, wird erschlossen.

Die Diodenanlage bietet eine kosteneffektive Lösung für die Ätzung von Dielektrika mit größeren Linienstärken, aber mit einer viel langsameren Kinetik an und kann nicht für die Ätzung von nanoscale Merkmalen verwendet werden.

Quelle: „Vergleich von Ätzungsprozessen für die Ätzung von dielektrischen2 Filmen SiO“ durch Oxford-Instrument-Plasma-Technologie.

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Oxford-Instrument-Plasma-Technologie.

Date Added: Nov 26, 2010 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 05:41

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