Vergleich von Dioden-und ICP-Dioden-Ätzverfahren

Durch AZoNano

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Gerät
RIE-Anlage
ICP-Vorteile
SiO-2 Ätzungs-Kinetik und Selektivität
Schlussfolgerungen
Über Oxford-Instrument-Plasma-Technologie

Einleitung

Die Verschiedenen Aspekte, die auf dielektrischer Radierung in Verbindung gestanden werden, werden in diesem Papier behandelt. Die zwei führenden Techniken für die Ätzung des Nichtleiters sind Diode RIE und basierte Prozesse mit hoher Schreibdichte. Mit die spätesten Ergebnisse für diese Techniken und die wachsende Bedeutung von nanoscale Radierung von dielektrischen Filmen werden in diesem Papier beschäftigt.

Gerät

In den letzten Jahren, dielektrische Ätzungsprozesse sind in zunehmendem Maße in einer Reichweite der Kammern durchgeführt worden, basiert auf des Ätzungsden anforderungen Abnehmers und den Kostenbeschränkungen. Im Falle der dielektrischen Radierung, in der Ätzungskinetik kein bedeutender Treiber, mit angemessenen Linienbreiten ist (gewöhnlich >1µm), werden herkömmliche Diode-artige Kammern verwendet. In den Fällen wo Kinetik ein Treiber, mit kleineren Linienbreiten ist (gewöhnlich <1µm), Plasmaanlagen werden mit hoher Schreibdichte verwendet. Traditionelle Dioden- oder Parallelplattenplasmakammern sind in der Industrie allgemein verwendet.

Es gibt zwei Baumuster parallele Plattenanlagen, die das folgende umfassen:

  • Reagierende IonenÄtzungs (RIE)anlage
  • Plasma Ätzungs (PE)anlage

RIE-Anlage

Um Seitenwandverluste herabzusetzen und das Plasma zu begrenzen, ist magnetische Verbesserung diesen Grundsystemen hinzugefügt worden. Das RIE-Baumuster Anlage wird normalerweise für die Radierung von dielektrischen Filmen angenommen. Im Falle der RIE-Anlage wird das Plasma gewöhnlich an den Hochfrequenzen erzeugt, die eine HF-Leistung im Bereich von einigen Hunderten vom Watt, durch zu Kilowatt haben.

Für die treibende gewählte Frequenz, werden die Elektronen in der Kammer vorzugsweise beschleunigt, während die Ionen durch die durchschnittlichen elektrostatischen Bereiche getrieben werden. Der aufbereitete Wafer befindet sich auf der angeschalteten Elektrode, um Ionenbeschleunigung zu erhöhen. Die mitllere freie Weglänge des Elektrons schränkt den Betriebsdruck ein. Falls, der Druck nahe der Stufe gesenkt wird, auf der die mitllere freie Weglänge des Elektrons dem Abstand zwischen die Elektroden sich nähert, der größtenteils einige Zentimeter ist, ist das Plasma nicht mehr autark. Eine typische RIE-Anordnung wird in Abbildung 1. gezeigt.

Abbildung 1. RIE-Diagramm

mit hoher Schreibdichte - Kammern des Plasmas (HDP) werden konstruiert, sodass 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 wie in Abbildung 2. gezeigt getrieben. Die Elektronenstromrichtung ist gegenüber der des Ringstroms, die zu den Kammeroberflächen mit Absicht parallel sind. Die Erregung des Plasmas garantiert auf diese Art, dass das Elektron mitllere freie Weglänge viel größer ist, als die Kammerabmessungen und der Betriebsdruck nachfolgend gesenkt wird. In den meisten Werkstoffverarbeitungsplasmenn ist die Elektronheizung Haupt- widerstrebend, und der Widerstand des Plasmas ist mit der Dichte von den neutralen Personen proportional, 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

Quellen mit hoher Schreibdichte erlauben, dass die Waferplatte unabhängig der Quelle angeschaltet wird und die beträchtliche Entkoppelung zwischen der Ionenenergie- oder -Wafervorspannung und dem Ionenmagnetfeld oder der Plasmadichte, die Haupt- durch Quellleistung getrieben wird bereitstellt. In einer Plasmaradierung Umgebung wird die Anisotrophie durch die Beschleunigung von Ionen durch die Plasmahüllen, in einem Richtung Normal der Waferoberfläche angeboten. Das anisotrope Bauteil wird erhöht, wenn das ankommende Ionenmagnetfeld so normal ist-, wie möglich zur Oberfläche. Das isotrope Bauteil des ankommenden Ionenmagnetfeldes ist- thermisches irgendein, das gewöhnlich kleiner als 0,1 eV ist. Operation in einer Unterdruck-/Einfuhrüberwachung mit hoher Schreibdichte bietet viel Verdünner und weniger Kollisionshüllen an und aktiviert ihn möglich, ein anisotroperes Radierungsbauteil zu erhalten.

ICP-Vorteile

Die aufbereitenden Hauptvorteile von ICP für dielektrische Radierung sind unten aufgeführt:

  • Bessere CD-Regelung
  • Höhere Längenverhältnisse
  • Höhere Radierungskinetik
  • Verbessertes Verarbeitungsfenster

Das Dielektrische Kopieren, besonders Siliciumdioxid, wird für die Fertigung von modernen Halbleiterbauelementen, von optischen Hohlleitern, VON HF Identifikation, von nanoimprint Usw. gefordert. Wegen der dielektrischen Radierung der höheren Bindungsenergien benötigt aggressives, das erhöhte Ion, chemische Anlagen des Fluor-basierten Plasmas. Es ist möglich, vertikale Profile durch Seitenwandpassivierung zu erreichen, gewöhnlich, indem man Kohlenstoff-enthaltenen Fluorspezies zum Plasma zu den zum Beispiel, CF,4 CHF,3 CF einführt48). Hohe Ionenbombardierungsenergie ist-, diese Polymerschicht vom Oxid zu löschen, erforderlich sowie die reagierenden Spezies in die Oxidoberfläche zu mischen, um SiFx-Produkte zu bilden.

Dielektrische Radierungsanwendungen beruhen hauptsächlich 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 liegt an den Zusammenstößen mit den Merkmalsseitenwänden und anderen Spezies herabgesetztes, die im Merkmal vorhanden sind. Ätzen Sie Produkte zum Beispiel, SiFOxyz und CFxy können diese Merkmale, nicht mit dem Ergebnis der übermäßigen Polymerisierung nahe der Unterseite des Merkmals heraus betriebsbereit zerstreuen, das Ergebnisse in in hohem Grade spitz zugelaufenen Merkmalen und in der schlechten Maskenübertragung.

Traditionelles RIE-Baumuster Prozesse basieren um CF/CHF, das43 normalerweise entweder mit O,2 Ihm, AR oder einer Permutation kombiniert wird. Da die Ionenenergie nicht unabhängig esteuertes Erhöhen sein kann, ergibt die HF-Leistung schließlich übermäßigen Fotoresistschaden. Dieses begrenzt die Ätzungskinetik, die erzielt werden kann, das auf irgendeinem Grad durch die Anwendung besser abkühlen durch die Benutzung des Festklemmens und des Lieferns von Ihm an die Rückseite des Wafers verringert werden kann.

Für den Prozess, der in SEM1 ist es durchgeführt wird, möglich, die Ätzungskinetik von 35 nm bis 70 nm zu verdoppeln. Eine Andere Methode, den Durchsatz zu erhöhen ist, den Losumfang zu erhöhen. Dieses ist für kleinere Wafergrößen, bis 100 mm durchführbar, aber für 150 mm und oben, wird die Systemgröße, mit den hinzugefügten Punkten von über Stapeleinheitlichkeit Usw. Diodenkammern, werden ausgeführt geworden mit Druck der Ordnung von 10's von mT, um das Plasma zu stützen (sehen Sie früher), dieses verringert die Anisotrophie und die Längenverhältnisse übertrieben, die geätzt werden können.

SEM 1 RIE-Hohlleiterätzung

OIPT hat 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 (mTorr 10 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.

Wegen ihrer unteren Kammerwand des Betriebsdrucks (d.h. erhöhtes Speziesausbreitungsvermögen) klimatisiert Spiel eine wichtigere Rolle in ICP-Kammern. Zum Beispiel auf Steuerpolymeransammlung, welche die Kammerwandtemperatur esteuerte, pumpende Drehzahl ist-, wird, plus periodische Plasmareinigungsschritte werden verwendet erhöht, bevor man einen Wafer aufbereitet. Siliciumdioxid-Radierungsanlage OIPTS basiert ICP basierte auf den CF, die mit48 O und/oder2 Edelgas Er kombiniert werden. Da CF ein48 belastetes Ringmolekül ist, werden Auflösungsprodukte gedacht, um aus hohen Stufen von CFx zu bestehen (Polymervorläufer x ≤2).

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 Graph1 gezeigt

Ähnliche Zellen dieser Informationen zu denen Verwendend, die in SEM 1 gesehen werden, sind geätzt worden, zu mehr als dreimal sehen die Ätzungskinetik und mit geraderen Seitenwänden SEM 2 und SEM 3.

SEM 2

SEM 3

SiO-2 Ätzungs-Kinetik und Selektivität

Indem die Anwendung einer HDP-Quelle wie ICP, das mit Niederdrücken funktioniert, stellt Radierung nanoscale Merkmale sicher, die nicht in einer traditionellen Diodenanlage möglich sind. Dieses erfordert genaue Regelung des Ionenmagnetfeldes zur Oberfläche, um 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

Bestimmte 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 übermäßige Polymeraufrüstung im Reaktor ergibt, selbst wenn hoch entwickelte Kammerheizung verwendet wird. Dieses ergibt häufigere Plasmareinigung sowie säubert die Möglichkeit von mechanischerem - 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.

Ein Prozess, der die Regelung zeigt, die, für dielektrische Radierung, in der Anlage OIPT ICP erzielt werden kann, ist die Radierung von Mikroobjektiven in ein SiO-basiertes2 Material, 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 mehr als 100µm, gefordert werden. Normale Fotoresistmasken können nicht verwendet werden, um zu dieser Tiefe zu ätzen, also werden Metallmasken, wie Cr und Ni, verwendet, dessen anbieten können Selektivität mehr als 100: 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

Schlussfolgerungen

Haben die Diode und ICP-Prozesse, für dielektrische Radierung, behandelt im Laufe der Jahre beide 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 Lernziele Erzielen, benötigt den Gebrauch von größeren turbomolecular Pumpen, die zu hohen Kosten kommen, aber den Vorteilen der höheren Kinetik mehr als ausgleichen dieses. Auch durch die Anwendung dieser größeren Pumpen und unabhängigen Ionenmagnetfeldregelung, gibt es eine Möglichkeit von Radierung nanoscale Merkmalen. 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.

Über Oxford-Instrument-Plasma-Technologie

Oxford-Instrument-Plasma-Technologie stellt eine Reichweite der Hochleistung, der flexiblen Hilfsmittel zum Halbleiter zur Verfügung, der die Abnehmer aufbereitet, die mit Forschung und Entwicklung beschäftigt gewesen werden, und der Produktion. Sie spezialisieren sich auf drei Hauptbereiche:

  • Ätzung
    • RIE, ICP, DRIE, RIE/PE, IonenTräger
  • Absetzung
    • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • Wachstum
    • HVPE, Nanofab

Diese Informationen sind Ursprungs- angepasst gewesen, wiederholt und von den Materialien, die von der Oxford-Instrument-Plasmatechnologie bereitgestellt werden.

Zu mehr Information über diese Quelle, besuchen Sie bitte Oxford-Instrument-Plasmatechnologie.

Date Added: Nov 1, 2011 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 05:41

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