Dielettrico Acquaforte - Confronto dei processi Etch per Acquaforte SiO2 pellicola dielettrica dalla Oxford Instruments Tecnologia dei plasmi

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Panoramica

Questo lavoro mette a confronto i diversi aspetti di incisione dielettrica. Le due tecniche principali per l'incisione dielettrica sono discussi, cioè diodo RIE e processi ad alta densità based. Nel documento provvederemo ad aggiornare gli ultimi risultati di queste tecniche e anche guardare la crescente importanza di incisione su scala nanometrica di pellicola dielettrica.

Processi dielettrico Etch a Camere diverse

Negli ultimi anni i processi di dielettrico etch sono sempre state effettuate in diverse tipologie di camere, a seconda delle esigenze dei clienti etch e vincoli di bilancio. Per dielettrico incisione in cui tasso di etch non è un driver importante, con larghezze di linea ragionevole (di solito> 1μm), tradizionali diodi di tipo camere sono utilizzati. Dove il tasso è un driver, con larghezze di linea inferiore (tipicamente <1μm), ad alta densità di plasma sistemi sono utilizzati.

Reattiva agli ioni di Etch (RIE) e Plasma Etch (PE) Sistemi

Diodo tradizionale, oppure a piatti paralleli, camere di plasma sono affermati nel settore. Piatti paralleli sistemi sono classicamente suddivise in due tipi distinti: questi sono chiamati Reactive Ion Etch (RIE) o Plasma Etch (PE) sistemi. Alcuni produttori hanno aggiunto valorizzazione magnetica a questi sistemi di base, per ridurre i fianchi perde e confinare il plasma. Di questi due piatti paralleli reattori del tipo di sistema RIE è stato quello tipicamente adottato per l'incisione di pellicola dielettrica. In un RIE il plasma è tipicamente generati a frequenze radio con una potenza RF nella gamma di poche centinaia di watt, grazie al kW. Per la frequenza di guida scelto gli elettroni nella camera sono preferenzialmente accelerato, mentre gli ioni sono guidati dai campi elettrostatici media. Il wafer risiede l'elettrodo alimentato (per migliorare l'accelerazione di ioni). L'elettrone libero cammino medio limita la pressione di esercizio. Se la pressione si abbassa in prossimità del livello al quale l'elettrone libero cammino medio si avvicina alla distanza tra gli elettrodi (cm generalmente diverse) il plasma non è più autosufficiente. Una configurazione tipica RIE è evidenziato in figura 1.

Figura 1. RIE schematica.

High-Density-Plasma (HDP) Chambers

Ad alta densità di plasma (HDP) camere sono progettati in modo che gli elettroni del plasma sono eccitati in una direzione parallela ai confini camera. La fonte HDP più comune è il plasma ad accoppiamento induttivo (ICP) da camera, che è usato da OIPT . In questo sistema il plasma è guidato da un potenziale magnetico creato da una ferita bobina fuori dalle mura dielettrico (design tipico vedi figura 2). La direzione della corrente di elettroni è opposto a quello delle correnti bobina che sono, per la progettazione, parallelamente alle superfici da camera. Quando il plasma viene eccitato in questo modo l'elettrone libero cammino medio può diventare molto più grande delle dimensioni della camera, e la pressione di esercizio possono essere successivamente abbassato. Il limite inferiore della pressione è tipicamente dettata dalla efficienza della particolare sorgente. Nella maggior parte dei materiali di lavorazione plasma il riscaldamento degli elettroni è principalmente resistivo, e l'impedenza delle scale al plasma con la densità dei neutri per urti anelastici. Come l'impedenza (pressione) si abbassa anche la capacità della sorgente di guidare il plasma.

Figura 2. OIPT 300 millimetri source compatibili.

High-Density-Plasma Fonti

Ad alta densità fonti permettono la piastra wafer per essere alimentato indipendentemente dalla fonte, fornendo scissione significativa tra l'energia di ioni (bias wafer) e il flusso di ioni (densità del plasma principalmente guidato da fonte di alimentazione). In un plasma etching ambiente l'anisotropia è fornita dalla accelerazione di ioni attraverso le guaine al plasma, in una direzione normale alla superficie del wafer.

I componenti anisotropico e isotropo

La componente anisotropa è massimizzato quando il flusso di ioni in arrivo è più normale possibile alla superficie. La componente isotropica del flusso di ioni in ingresso può essere termico (di solito inferiore a 0,1 eV, rispetto a diverse centinaia di eV per la tensione di guaina), o causati da collisioni degli ioni nelle guaine con neutri (elastici o chargeexchange). Operazione in un regime lower-pressure/higher-density fornisce guaine molto più sottili e meno collisionale, rendendo possibile ottenere una componente incisione più anisotropico.

I vantaggi di ICP per l'incisione dielettrica

I vantaggi di lavorazione primaria di ICP per l'incisione dielettrica sono il controllo CD meglio, i tassi di attacco più alto, proporzioni superiori e una finestra di un migliore trattamento.

Il modello di dielettrici, soprattutto diossido di silicio, è insita nella produzione di dispositivi a semiconduttore moderni, guide d'onda ottiche, RF ID, ecc nanoimprint A causa della maggiore legame dielettrico acquaforte richiede energie aggressive, ione-enhanced, a base di fluoro sistemi chimici plasma. Profili verticali si ottengono passivazione fianchi, in genere l'introduzione di un contenenti carbone della specie fluoro al plasma (per esempio, CF _4, CHF _3, C ₄ F _8). Energie ionbombardment alta sono tenuti a rimuovere questo strato di polimero da ossido, così come per mescolare le specie reattive nella superficie di ossido di formare prodotti SiFx.

Le domande di Acquaforte dielettrica

Applicazioni di incisione dielettrica tipicamente si basano sulle influenze concorrenti di deposizione dei polimeri e ioni reattivi incisione per ottenere profili verticali, così come etch-sosta sugli strati sottostanti. Come hard-maschera aperta caratteristica dimensioni ridursi a 0,18 micron o meno, per le applicazioni nanoimprint, proporzioni stanno aumentando a 4:1 o più. Il flusso di ioni e radicali per il fondo di queste caratteristiche è ridotto, a causa di collisioni con i fianchi funzionalità e le altre specie presenti nel tratto. Prodotti Etch (ad esempio, Si _x F _y O _z e C _x F _y) non possono diffondere da queste caratteristiche facilmente, con conseguente eccessiva polimerizzazione vicino al fondo della funzione che crea caratteristiche altamente rastremata e trasferimento maschera poveri.

Tradizionali processi di tipo RIE sono in genere basati su CF ₄ / CHF _3, di solito combinato con O _2, He, Ar o una permutazione. Poiché l'energia di ioni non possono essere controllati in modo indipendente aumentando la potenza RF porterà a danni photoresist eccessivo. Questo limita il tasso di etch che può essere raggiunto, che può essere alleviato in qualche misura utilizzando un migliore raffreddamento (utilizzando bloccaggio e fornendo Egli alla parte posteriore del wafer). Per il processo eseguito in SEM1 il tasso di etch può essere raddoppiata da 35 nm a 70Nm utilizzando tale metodo. Un altro modo per aumentare il throughput è quello di aumentare le dimensioni del lotto. Questo è fattibile per wafer di dimensioni più piccole, fino a 100mm, ma per 150mm e al di sopra della dimensione del sistema diventa eccessiva, con le questioni aggiunto di tutta lotto uniformità camere diodo, ecc, inoltre, sono gestiti a pressioni generalmente dell'ordine di 10 di mT , al fine di sostenere il plasma (vedi sopra), questo riduce l'anisotropia e proporzioni che possono essere incisi.

SEM 1 RIE guida d'onda etch

High-Density-Plasma Systems da Oxford Instruments

OIPT hanno sviluppato sistemi ad alta densità di affrontare molte delle questioni relative al tasso di etch, anisotropia e rapporto di dipendenza aspetto. In un sistema ad alta densità, la pressione di esercizio può essere molto più bassi (10mTorr o meno), e la diffusività e la mobilità delle specie reattive corrispondentemente più elevati. Inoltre il flusso di ioni è indipendente sintonizzabili dalla fonte di alimentazione, in modo che il flusso di ioni totale può essere aumentata senza tanto di un aumento della energia di ioni, riducendo potenzialmente resistere al danno.

L'impiego di sistemi chimici tradizionali (ad esempio, CF ₄ / CHF ₃₎ in una camera ICP può portare a resistere eccessiva perdita / danno.

Ciò si verifica perché il flusso maggiore di ioni rimuove troppo del polimero proteggere la resistenza. La maggiore efficienza di dissociazione, e flusso di ioni ad alta ad alta densità di plasma fonti, permette l'utilizzo di un gas di alimentazione più altamente polimerizzazione (ad esempio, C ₄ F _8). A causa della loro pressioni di esercizio inferiori (diffusivities della specie, cioè un aumento) da camera condizioni muro svolgere un ruolo più importante nella ICP camere. Per esempio, per controllare l'accumulo di polimero la temperatura di parete della camera è regolata, velocità di pompaggio è ingrandita, oltre a periodiche operazioni di pulizia al plasma vengono utilizzati prima di elaborare un wafer.

Sulla base del sistema ICP biossido di silicio Acquaforte da Oxford Instruments

OIPT di ICP base di biossido di silicio incisione sistema è basato su C ₄ F ₈ combinata con O ₂ e / o gas nobili He. Dal momento che C ₄ F ₈ è un anello teso molecola prodotti di dissociazione sono probabilmente composte da alti livelli di CFx (x = 2) i precursori dei polimeri.

Una semplice L9 Taguchi matrice ha funzionato alla OIPT di accertare l'influenza dei parametri di processo quali flusso, ICP potenza ecc, sul processo. Le tendenze sono riportati nel grafico 1.

Grafico 1

Utilizzando queste informazioni le strutture simili a quelli osservati in SEM 1 sono stati incisi, a> 3times il tasso di etch e con fianchi dritti vedere SEM SEM 2 e 3

SEM 2

SEM 3

Utilizzando ICP di Etch Caratteristiche Nanoscale

Utilizzando una fonte HDP come ICP, che opera a basse pressioni, apre la possibilità di incisione caratteristiche nanoscala, che non sono possibili in un sistema a diodi tradizionale. Ciò richiede un preciso controllo del flusso di ioni alla superficie di controllare la polimerizzazione - troppo bassa, e la possibilità è che il profilo etch cono o si fermerà completamente. Lavorando a stretto contatto con le nano-centri come quelli di Cornell e LBNL, OIPT ha sviluppato una serie di processi in grado di incisione strutture con larghezza delle linee dell'ordine di 100 nm, gli esempi di questi sono mostrati in SEMS 4, 5 e 6

SEM 4

SEM 5

SEM 6

Migliorare la selettività con idrogeno

Alcuni produttori di semiconduttori hanno riportato apparecchiature selettività migliorato con l'aggiunta di idrogeno al C ₄ F _8-sistema. Questa inclusione idrogeno genera livelli di gran lunga maggiore di C _x F _y polimero rispetto ai sistemi operativi con nessuno. OIPT hanno scoperto che l'uso di un tale processo porta a polimeri eccessivo accumulo nel reattore, anche se il riscaldamento della camera sofisticata viene utilizzata. Il risultato più frequente pulizia al plasma, oltre alla possibilità di più meccanico pulisce -. Diminuire il tempo di processo produttivo con aumento dei costi di gestione OIPT hanno scoperto che il giusto equilibrio di processo e di hardware, mentre escludendo l'uso di H _2, che superiore a 1000 micron wafer possono essere incisi prima di una pulizia plasma diventa necessario.

Controllo del flusso di ioni e Chimica gas durante il processo di Etch

Un processo che mostra il controllo che può essere raggiunto, per l'incisione dielettrica, nel OIPT ICP sistema è l'incisione di micro-lenti in un materiale ₂ SiO base, come il quarzo o vetro. Controllo del flusso di ioni, oltre la chimica del gas, è necessario per ottenere il desiderato micro-lenti forma nel substrato materiale, come il carbonio di carico varia nel tempo. SEM7 mostra un esempio di perfetta inciso micro-lenti.

SEM 7

SEM 8

I recenti sviluppi hanno dimostrato che la tendenza incide dielettrico più profondo, dell'ordine di> 100μm, sono stati richiesti. Normale fotoresistenti maschere non può essere usato per etch a questa profondità in modo da maschere di metallo, come ad esempio Cr e Ni, vengono utilizzati in grado di offrire la selettività della> 100:1. Questo dà maggiore margine di manovra nella chimica di processo che può essere utilizzato, ma il controllo del flusso di ioni è ancora fondamentale. Troppo alto, e la maschera sarà eroso a causa di sputtering prima che la profondità desiderata. SEM di 8 e 9 mostrano una profonda etch quarzo utilizzando una maschera di Cr. Per SEM9 c'era un problema di mascheramento che ha lasciato residui, ma dimostra la capacità di incidere a profondità notevoli.

SEM 9

Riassunto

Sia il diodo e dei processi di ICP, per l'incisione dielettrica, discusse sono evoluti nel corso degli anni - in termini di hardware e di processo. Il processo di ICP base offre tassi più elevati etch, con una migliore CD e controllo anisotropia, insieme con proporzioni superiori ecc Il raggiungimento di questi miglioramenti richiede l'uso di pompe turbomolecolari più grandi, che hanno un costo, ma i vantaggi dei tassi più elevati di più che compensare per questo. Inoltre, utilizzando queste pompe più grandi e indipendenti di controllo del flusso di ioni, la possibilità di incisione caratteristiche nanoscala è aperto.

Il sistema a diodi offre una soluzione conveniente per l'incisione dei dielettrici con i più grandi linewidths, ma ad un ritmo molto più lento, e non possono essere usati per l'incisione di funzioni su scala nanometrica.

Fonte: "Confronto di processi di etch per l'incisione SiO ₂ pellicola dielettrica" ​​di Oxford Instruments tecnologia al plasma .

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