Etching dielétrico - Comparação de Processos Etch para Etching SiO2 Films dielétrica por Oxford Instruments Tecnologia Plasma

Temas Abordados

Visão global

Este artigo compara os diferentes aspectos da gravura dielétrico. As duas técnicas principais para gravação dielétrica são discutidos, ou seja, diodo RIE e processos de alta densidade baseada. No papel que irá atualizar os últimos resultados para estas técnicas e também olhar para a importância crescente de gravação de filmes em nanoescala dielétrico.

Processos dielétrica Etch em diferentes câmaras

Nos últimos anos os processos dielétrica etch têm sido cada vez mais realizadas em diferentes tipos de câmaras, de acordo com os clientes e os requisitos etch restrições orçamentais. Dielétrica para gravação onde a taxa etch não é o principal motor, com larguras de linha razoável (geralmente> 1 Hm), tradicional diodo tipo câmaras são usados. Onde a taxa é um driver, com larguras de linha mais pequenos (tipicamente <1 Hm), de alta densidade do plasma-sistemas são utilizados.

Reativa Ion Etch (RIE) e Plasma Etch (PE) Sistemas

Diodo tradicional, ou de placas paralelas, câmaras de plasma estão bem estabelecidos na indústria. De placas paralelas sistemas são classicamente divididas em dois tipos distintos, que são chamados Reactive Ion Etch (RIE) ou Plasma Etch (PE) sistemas. Alguns fabricantes acrescentaram aprimoramento magnético a esses sistemas básicos, para reduzir o lateral perde e confinar o plasma. Destes dois reatores de placas paralelas do sistema de tipo RIE tem sido, normalmente adotado para a gravação de filmes dielétricos. Em um RIE o plasma é tipicamente gerados em freqüências de rádio com uma potência de RF na faixa de algumas centenas de watts, por meio de kW. Para a freqüência de condução escolhidos os elétrons na câmara são preferencialmente acelerado, enquanto que os íons são conduzidos pelos campos média eletrostática. Os wafers reside no eletrodo ligado (para aumentar a aceleração de íons). O elétron livre caminho médio limita a pressão de operação. Se a pressão é reduzida perto do nível em que o elétron livre caminho médio se aproxima da distância entre os eletrodos (cm geralmente vários) o plasma não é mais auto-sustentável. Um arranjo RIE típico é destaque na figura 1.

Figura 1. RIE esquemática.

High-Density-Plasma (HDP) Chambers

Alta densidade de plasma (HDP) câmaras são projetados para que os elétrons do plasma está animado em uma direção paralela às fronteiras de câmara. A fonte HDP mais comum é o plasma indutivamente acoplado (ICP) de câmara, que é usado por OIPT . Neste sistema o plasma é conduzido por um potencial magnético criado pela bobina de uma ferida fora das paredes dielétricas (design típico ver figura 2). A direção da corrente de elétrons é oposto ao das correntes de bobina que são, por design, paralela às superfícies de câmara. Quando o plasma está animado desta maneira o elétron livre caminho médio pode se tornar muito maior do que as dimensões da câmara e da pressão de operação pode ser reduzido posteriormente. O limite inferior da pressão normalmente é ditada pela eficiência da fonte particular. Na maioria dos materiais de processamento de plasmas o aquecimento de elétrons é principalmente resistiva, a impedância e das escalas de plasma com a densidade dos neutros disponíveis para colisões inelásticas. Como a impedância (pressão) é reduzido assim como a habilidade da fonte para conduzir o plasma.

Figura 2. OIPT fonte compatível 300mm.

Alta densidade do plasma-Fontes

Alta densidade de fontes permitem que o cilindro wafer para ser alimentado de forma independente da fonte, proporcionando dissociação significativa entre a energia de íons (viés wafer) eo fluxo de íons (plasma densidade impulsionado principalmente pela fonte de energia). Em um ambiente de plasma gravura-a anisotropia é fornecido pela aceleração de íons através da bainha de plasma, em uma direção normal à superfície do wafer.

Os Componentes e Anisotropic Isotropic

O componente anisotrópica é maximizado quando o fluxo de íons de entrada é tão normal quanto possível para a superfície. O componente isotrópica do fluxo de íons de entrada é ou térmica (tipicamente menos de 0,1 eV, em comparação com várias centenas de eV para a tensão de bainha), ou causados ​​por colisões de íons nas bainhas com tons neutros (ou elástico ou chargeexchange). Operação em um regime lower-pressure/higher-density fornece bainhas muito mais fina e menos de colisão, tornando possível a obtenção de um componente de ataque mais anisotrópica.

Vantagens da ICP para Etching dielétrica

As vantagens de processamento primário do ICP para gravação dielétricos são melhor controle de CD, maiores taxas de ataque, os rácios aspecto superior e uma janela de processamento melhorado.

A padronização dos dielétricos, especialmente o dióxido de silício, é inerente à fabricação de dispositivos semicondutores, guias de onda ópticos, RF ID é nanoimpressão etc Devido à maior ataque dielétrica vínculo requer energias agressivas, de íons de flúor avançada baseada em sistemas químicos plasma. Perfis verticais são alcançados pela passivação da parede lateral, normalmente através da introdução de uma espécie, contendo carbono, flúor para o plasma (por exemplo, CF _4, CHF _3, C ₄ F _8). Ionbombardment energias elevadas são necessárias para remover esta camada de polímero do óxido, bem como para misturar as espécies reativas na superfície do óxido para formar produtos SiFx.

Aplicações de Etching dielétrica

Aplicações gravura dielétrica normalmente contam com as influências concorrentes de polímero de deposição e íons reativos gravura para alcançar perfis verticais, bem como etch-parando em camadas subjacentes. Como hard-máscara característica aberta tamanhos encolher para 0,18 mm ou menos, para aplicações de nanoimpressão, proporções estão aumentando a 4:1 ou mais. O íon e fluxo radical para o fundo desses recursos é reduzida, devido a colisões com as paredes laterais de recursos e outras espécies presentes no recurso. Produtos Etch (por exemplo, Si _x O _y F _z e C _x F _y) não pode difundir para fora desses recursos facilmente, resultando em excesso de polimerização perto do fundo do recurso que cria características altamente cônico e transferência máscara pobres.

Processos de tipo tradicional RIE são tipicamente baseados em torno de CF ₄ / CHF _3, geralmente combinados com qualquer O _2, He, Ar ou uma permutação. Porque a energia de íons não podem ser controlados de forma independente o aumento da potência de RF acabará por levar a danos fotorresiste excessiva. Isso limita a taxa de corrosão que podem ser alcançados, que podem ser atenuadas em certa medida usando uma melhor refrigeração (utilizando fixação e fornecimento Ele para o lado de trás do wafer). Para o processo realizado em SEM1 a taxa etch pode ser duplicada a partir de 35nm para 70nm usando tal método. Outra forma de aumentar o rendimento é o de aumentar o tamanho do lote. Isso é viável para tamanhos menores de wafer, até 100mm, mas para 150mm e acima do tamanho do sistema torna-se excessivo, com o adicional de questões em lote uniformidade câmaras Diode etc, também, são executados a pressões normalmente da ordem de 10 de mT , a fim de sustentar o plasma (ver anteriormente), isso reduz a anisotropia e proporções que podem ser gravadas.

SEM um RIE Waveguide etch

Densidade de alta Plasma-Systems de Oxford Instruments

OIPT desenvolveram sistemas de alta densidade para resolver muitos dos problemas relacionados com a taxa de corrosão, anisotropia e dependência de relação de aspecto. Em um sistema de alta densidade a pressão de operação pode ser muito menor (10mTorr ou menos), e da difusividade e da mobilidade das espécies reativas correspondentemente maior. Além disso, o fluxo de íons é independentemente ajustável pela fonte de energia, de modo que o fluxo de íons total pode ser aumentada sem tanto de um aumento na energia de íons, reduzindo potencialmente resistir a danos.

Empregando sistemas químicos tradicionais (por exemplo, CF ₄ / CHF ₃₎ em uma câmara ICP pode levar a excessiva perda de resistir / dano.

Isso ocorre porque o maior fluxo de íons remove muito do polímero proteger a resistir. A maior eficiência de dissociação, e fluxo de iões de alta de alta densidade de plasma fontes, permite o uso de um gás de alimentação mais altamente polimerização (por exemplo, C ₄ F _8). Por causa de sua pressão de operação mais baixos (ou seja, aumentou difusividades espécies) condições da câmara de parede desempenhar um papel mais importante na ICP câmaras. Por exemplo, para controle de polímero build-up da temperatura da parede da câmara é regulada, bombeando a velocidade é maximizada, além de etapas de limpeza periódica do plasma são usados ​​antes de processar o wafer.

ICP Sistema de Dióxido de Silício Baseado Etching de Oxford Instruments

OIPT do ICP base de silício sistema de gravação de dióxido é baseada em C ₄ F ₈ combinado com O ₂ e / ou gás nobre He. Desde C ₄ F ₈ é um anel de produtos tensas molécula de dissociação são pensados ​​como consistindo de altos níveis de CFx (x = 2) precursores de polímeros.

Um simples L9 Taguchi matriz foi executado em OIPT para averiguar as influências dos parâmetros do processo tais como o fluxo, o ICP poder etc, sobre o processo. As tendências são mostradas no Gráfico 1.

Gráfico 1

Utilizando esta informação estruturas semelhantes aos observados no 1 SEM ter sido gravado, em> 3times a taxa etch e com paredes laterais retas ver SEM 2 e 3 SEM

SEM 2

SEM 3

Usando ICP para Etch Características nanoescala

Usando uma fonte de HDP, como ICP, que opera a baixas pressões, abre a possibilidade de gravação em nanoescala características que não são possíveis em um sistema de diodo tradicional. Isto requer um controle preciso do fluxo de íons para a superfície para controlar a polimerização - muito baixa, ea possibilidade é que o perfil da etch irá taper ou ele vai parar completamente. Trabalhando de perto com nano-centers, como os da Universidade de Cornell e LBNL, OIPT desenvolveu uma gama de processos capazes de gravura estruturas com larguras de linha da ordem de 100 nm, exemplos destes são mostrados na SEMS 4, 5 e 6

SEM 4

SEM 5

SEM 6

Melhorar a seletividade com hidrogênio

Alguns fabricantes de equipamentos de semicondutores têm relatado seletividade melhorada com a adição de hidrogênio para o C ₄ F sistema de _8-based. Esta inclusão de hidrogênio gera níveis muito maior de C _x F _y polímeros em comparação com os sistemas operacionais com nenhum. OIPT descobriram que o uso de tal processo leva à excessiva acumulação de polímero no reator, mesmo se o aquecimento da câmara sofisticados é utilizado. Isso resulta em uma limpeza mais freqüentes plasma, além da possibilidade de limpa mais mecânica -. Diminuindo o tempo de processo produtivo, juntamente com aumento do custo de propriedade OIPT descobriram que ao atingir o equilíbrio correto do processo e hardware, excluindo o uso de H _2, que acima de 1000 M wafer pode ser gravado antes de uma limpeza de plasma se tornar necessário.

Controlar fluxo de íons e Química gás durante o processo de Etch

Um processo que mostra o controle que pode ser alcançado, para gravação dielétrico, no OIPT ICP sistema é a gravura de micro-lentes em um ₂ SiO material baseado, como o quartzo ou de vidro. Controle do fluxo de íons, além de química de gás, é necessário para alcançar a forma desejada de micro-lentes no material de substrato, como a carga de carbono muda com o tempo. SEM7 mostra um exemplo de uma lente perfeitamente gravado micro.

SEM 7

SEM 8

Desenvolvimentos recentes têm mostrado que uma tendência mais profunda grava dielétrico, da ordem de> 100μm, estão sendo exigidos. Normais foto-resiste máscaras não podem ser usados ​​para etch a esta profundidade para máscaras de metal, tais como Cr e Ni, estão sendo usados ​​que podem oferecer seletividade de> 100:1. Isso dá mais latitude na química processo que pode ser usado, mas o controle do fluxo de íons ainda é fundamental. Muito alto, ea máscara será corroído devido à sputtering antes da profundidade desejada seja atingida. 8 SEM e 9 mostram um profundo etch quartzo utilizando uma máscara de Cr. Para SEM9 havia uma questão de máscara que deixou de resíduos, mas mostra a capacidade de etch para profundidades substancial.

SEM 9

Sumário

Tanto o diodo e os processos de ICP, para gravação dielétrico, discutido têm evoluído ao longo dos anos - em termos de hardware e de processo. O processo baseia ICP oferece maiores taxas etch, com melhor controle de CD e anisotropia, juntamente com rácios mais elevados aspecto etc Alcançar essas melhorias requer o uso de bombas maiores turbomolecular, que têm um custo, mas as vantagens das maiores taxas de mais do que compensar para isso. Além disso, ao utilizar estas bombas maiores e controle de fluxo de íons independente, a possibilidade de gravação características em nanoescala é aberto.

O sistema de diodo oferece uma solução de custo eficaz para a gravação de dielétricos com linewidths maiores, mas a um ritmo muito mais lento, e não pode ser utilizado para gravação de recursos em nanoescala.

Fonte: "Comparação dos processos de etch para gravação SiO ₂ filmes dielétricos" por Oxford Instruments Tecnologia Plasma .

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