ሴሚኮንዳክተር ጥለት ሂደት ፍሰት-etching

ቀደምት እርጥብ ማሳከክ የጽዳት ወይም የአመድ ሂደቶች እድገትን አበረታቷል. ዛሬ, ፕላዝማን በመጠቀም ደረቅ ማሳከክ ዋናው ነገር ሆኗልየማሳከክ ሂደት. ፕላዝማ ኤሌክትሮኖች፣ cations እና radicals ያካትታል። በፕላዝማ ላይ የሚተገበረው ኃይል በገለልተኛ ሁኔታ ውስጥ የሚገኙትን የምንጭ ጋዝ ውጫዊ ኤሌክትሮኖች እንዲራቁ ያደርጋል, በዚህም እነዚህን ኤሌክትሮኖች ወደ cations ይቀይራሉ.

በተጨማሪም በሞለኪውሎች ውስጥ ያሉ ፍጽምና የጎደላቸው አቶሞች ኃይልን በመተግበር ከኤሌክትሪክ ገለልተኛ radicals እንዲፈጠሩ ማድረግ ይቻላል። የደረቅ ማሳከክ ፕላዝማን የሚያካትት cations እና radicals ይጠቀማል፣ cations anisotropic (በተወሰነ አቅጣጫ ለመቅዳት ተስማሚ) እና ራዲካልስ ኢሶትሮፒክ (በሁሉም አቅጣጫዎች ለመሳል ተስማሚ) ናቸው። የራዲካል ብዛት ከካቲዮኖች ብዛት እጅግ የላቀ ነው። በዚህ ሁኔታ, ደረቅ ማሳከክ እንደ እርጥብ ማሳከክ (isotropic) መሆን አለበት.

ነገር ግን፣ እጅግ በጣም አናሳ የሆኑ ዑደቶችን የሚቻል የሚያደርገው ደረቅ ማሳከክ (anisotropic etching) ነው። ለዚህ ምክንያቱ ምንድን ነው? በተጨማሪም የ cations እና radicals የማሳከክ ፍጥነት በጣም ቀርፋፋ ነው። ታዲያ ይህንን ጉድለት እያጋጠመን በጅምላ ምርት ላይ የፕላዝማ ኢቲንግ ዘዴዎችን እንዴት ተግባራዊ ማድረግ እንችላለን?

 

1. ምጥጥነ ገጽታ (A/R)

 

ምስል 1. የአመለካከት ሬሾ ጽንሰ-ሐሳብ እና የቴክኖሎጂ እድገት በእሱ ላይ ያለው ተጽእኖ

 

ምጥጥነ ገጽታ የአግድም ስፋት እና ቋሚ ቁመት ሬሾ ነው (ማለትም፣ ቁመቱ በስፋቱ የተከፈለ)። የወረዳው ወሳኝ ልኬት (ሲዲ) አነስ ባለ መጠን የዋጋው ምጥጥነ ገጽታ ትልቅ ነው። ይኸውም 10 እና 10nm ስፋት ያለው ሬሾን ግምት ውስጥ በማስገባት በማሳያው ሂደት ውስጥ የተቆፈረው ቀዳዳ ቁመት 100nm መሆን አለበት። ስለዚህ፣ ለቀጣዩ ትውልድ እጅግ በጣም ዝቅተኛነት (2D) ወይም ከፍተኛ ጥግግት (3D) ለሚፈልጉ ምርቶች፣ በሚቀረጽበት ጊዜ cations ወደ ታችኛው ፊልም ዘልቆ እንዲገባ ለማድረግ እጅግ በጣም ከፍተኛ የሆነ ሬሾ እሴቶች ያስፈልጋሉ።

 

በ 2D ምርቶች ውስጥ ከ10nm ባነሰ ወሳኝ ልኬት እጅግ በጣም አነስተኛ የሆነ ቴክኖሎጂን ለማግኘት የተለዋዋጭ የዘፈቀደ መዳረሻ ማህደረ ትውስታ (DRAM) የcapacitor ምጥጥነ ገጽታ ዋጋ ከ100 በላይ መቆየት አለበት። 256 ንብርብሮች ወይም ከዚያ በላይ የሕዋስ መደራረብ ንብርብሮችን ለመደርደር። ለሌሎች ሂደቶች የሚያስፈልጉት ሁኔታዎች ቢሟሉም አስፈላጊዎቹ ምርቶች ሊፈጠሩ አይችሉምየማሳከክ ሂደትደረጃውን የጠበቀ አይደለም. ለዚህም ነው የማሳመር ቴክኖሎጂ በጣም አስፈላጊ እየሆነ የመጣው።

 

2. የፕላዝማ ግርዶሽ አጠቃላይ እይታ

 

ምስል 2. በፊልም ዓይነት መሰረት የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ መወሰን

 

ባዶ ቱቦ በሚሠራበት ጊዜ የቧንቧው ዲያሜትር ጠባብ, ፈሳሽ ወደ ውስጥ ለመግባት ቀላል ይሆናል, ይህም የካፊላሪ ክስተት ተብሎ የሚጠራው ነው. ነገር ግን, ቀዳዳ (የተዘጋ ጫፍ) በተጋለጠው ቦታ ላይ ለመቆፈር ከተፈለገ የፈሳሹ ግቤት በጣም አስቸጋሪ ይሆናል. ስለዚህ በ 1970 ዎቹ አጋማሽ የወረዳው ወሳኝ መጠን ከ 3um እስከ 5um ስለነበረ ደረቅ.ማሳከክቀስ በቀስ እርጥብ ማሳከክን እንደ ዋናው ተክቷል. ያም ማለት ionized ቢሆንም, የአንድ ሞለኪውል መጠን ከኦርጋኒክ ፖሊመር መፍትሄ ሞለኪውል ያነሰ ስለሆነ ወደ ጥልቅ ጉድጓዶች ውስጥ ለመግባት ቀላል ነው.

በፕላዝማ ኢክሽን ጊዜ ለሥነ-ሥርዓተ-ንብርብሩ ተስማሚ የሆነውን የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ ከማስገባትዎ በፊት ለሥነ-ቅርጽ የሚያገለግለው የማቀነባበሪያ ክፍል ውስጠኛ ክፍል ወደ ቫክዩም ሁኔታ መስተካከል አለበት። ጠንካራ ኦክሳይድ ፊልሞችን በሚቀረጽበት ጊዜ ጠንካራ የካርቦን ፍሎራይድ ምንጭ ጋዞች ጥቅም ላይ መዋል አለባቸው። በአንጻራዊነት ደካማ የሲሊኮን ወይም የብረት ፊልሞች በክሎሪን ላይ የተመሰረቱ የፕላዝማ ምንጭ ጋዞች ጥቅም ላይ መዋል አለባቸው.

ስለዚህ የበሩን ንብርብር እና ከስር ያለው የሲሊኮን ዳይኦክሳይድ (SiO2) መከላከያ ንብርብር እንዴት መቀረጽ አለበት?

በመጀመሪያ ፣ ለበር ሽፋን ፣ ሲሊኮን በክሎሪን ላይ የተመሠረተ ፕላዝማ (ሲሊኮን + ክሎሪን) በፖሊሲሊኮን ኢቲንግ ምርጫ በመጠቀም መወገድ አለበት። ለታች መከላከያ ሽፋን, የሲሊኮን ዳይኦክሳይድ ፊልም በካርቦን ፍሎራይድ ላይ የተመሰረተ የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ (ሲሊኮን ዳይኦክሳይድ + ካርቦን ቴትራፍሎራይድ) በመጠቀም በሁለት ደረጃዎች መቀረጽ አለበት.

 

3. ምላሽ ሰጪ ion etching (RIE ወይም physicochemical etching) ሂደት

 

ምስል 3. የ reactive ion etching ጥቅሞች (አኒሶትሮፒ እና ከፍተኛ የትንፋሽ መጠን)

 

ፕላዝማ ሁለቱንም አይዞትሮፒክ ነፃ radicals እና anisotropic cations ይዟል፣ ታዲያ እንዴት አኒሶትሮፒክ ማሳከክን ይሠራል?

የፕላዝማ ደረቅ ማሳከክ በዋነኝነት የሚከናወነው በሪአክቲቭ ion etching (RIE, Reactive Ion Etching) ወይም በዚህ ዘዴ ላይ በተመሰረቱ መተግበሪያዎች ነው. የ RIE ዘዴ ዋናው ነገር በፊልሙ ውስጥ ባሉ ሞለኪውሎች መካከል ያለውን ትስስር በማዳከም የኢንፌክሽን ቦታን በአኒሶትሮፒክ cations በማጥቃት ነው። የተዳከመው ቦታ በነጻ ራዲሎች ተይዟል, ሽፋኑን ከሚፈጥሩት ቅንጣቶች ጋር ተጣምሮ, ወደ ጋዝ (ተለዋዋጭ ውህድ) ይለወጣል እና ይለቀቃል.

ምንም እንኳን ፍሪ radicals የአይዞሮፒክ ባህሪ ቢኖራቸውም የታችኛውን ገጽ የሚሸፍኑ ሞለኪውሎች (የማሰር ሃይላቸው በ cations ጥቃት የተዳከመ) በቀላሉ በፍሪ radicals ተይዘው ወደ አዲስ ውህዶች ይቀየራሉ የጎን ግድግዳዎች ጠንካራ አስገዳጅ ኃይል ካለው። ስለዚህ, ወደ ታች ማሳከክ ዋናው ነገር ይሆናል. የተያዙት ቅንጣቶች ከነጻ ራዲካልስ ጋር ጋዝ ይሆናሉ፣ እነዚህም ተበላሽተው በቫክዩም (vacuum) ስራ ስር ከስር ላይ ይወጣሉ።

 

በዚህ ጊዜ በአካላዊ ድርጊት የተገኙት cations እና በኬሚካላዊ ድርጊቶች የተገኙ ነፃ radicals ለአካላዊ እና ኬሚካላዊ ንክኪነት ይጣመራሉ, እና የማሳከክ መጠን (ኢች ሬት, በተወሰነ የጊዜ ገደብ ውስጥ ያለው የእርጥበት መጠን) በ 10 እጥፍ ይጨምራል. የ cationic etching ወይም የነጻ ራዲካል እከክ ብቻውን ከ ሁኔታ ጋር ሲነጻጸር. ይህ ዘዴ የአኒሶትሮፒክ ወደ ታች የማሳከክ መጠን መጨመር ብቻ ሳይሆን ከቆሸሸ በኋላ የፖሊሜር ቀሪዎችን ችግር መፍታት ይችላል. ይህ ዘዴ reactive ion etching (RIE) ይባላል። ለ RIE etching ስኬት ቁልፉ ፊልሙን ለመቅረጽ ተስማሚ የሆነ የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ ማግኘት ነው. ማሳሰቢያ፡ የፕላዝማ ማሳመር RIE etching ነው፣ እና ሁለቱ እንደ አንድ አይነት ጽንሰ-ሀሳብ ሊወሰዱ ይችላሉ።

 

4. Etch Rate እና Core Performance Index

 

ምስል 4. ከEtch Rate ጋር የተያያዘ የኮር ኢች አፈጻጸም መረጃ ጠቋሚ

 

የ Etch ፍጥነት በአንድ ደቂቃ ውስጥ ይደርሳል ተብሎ የሚጠበቀውን የፊልም ጥልቀት ያመለክታል. ስለዚህ የ etch መጠን በአንድ ዋፈር ላይ ከከፊል ወደ ከፊል ይለያያል ማለት ምን ማለት ነው?

ይህ ማለት የኢትች ጥልቀት በቫፈር ላይ ከፊል ወደ ክፍል ይለያያል. በዚህ ምክንያት, መካከለኛውን የኢትች ፍጥነት እና የኢትች ጥልቀት ግምት ውስጥ በማስገባት ማሳከክ ማቆም ያለበትን የመጨረሻ ነጥብ (EOP) ማዘጋጀት በጣም አስፈላጊ ነው. ምንም እንኳን EOP ቢዘጋጅም፣ የኢትች ጥልቀት ከመጀመሪያው ከታቀደው በላይ የጠለቀ (ከመጠን በላይ የተቀረጸ) ወይም ጥልቀት ያለው (ከሥር-የተቀረጸ) አንዳንድ ቦታዎች አሁንም አሉ። ነገር ግን ከግርዶሽ በታች ማሳከክ በሚታከክበት ጊዜ ከማሳከክ የበለጠ ጉዳት ያስከትላል። ምክንያቱም ከሥር-ኤክሪንግ ውስጥ, የታችኛው ክፍል እንደ ion መትከል የመሳሰሉ ቀጣይ ሂደቶችን ያደናቅፋል.

ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ መራጭነት (በ etch ተመን የሚለካ) የማሳከክ ሂደት ቁልፍ የአፈጻጸም አመልካች ነው። የመለኪያ ስታንዳርድ የተመሠረተው የጭንብል ሽፋን (የፎቶግራፍ ፊልም ፣ ኦክሳይድ ፊልም ፣ የሲሊኮን ናይትራይድ ፊልም ፣ ወዘተ) እና የታለመው ንጣፍ የኢትች መጠን ንፅፅር ነው። ይህ ማለት የተመረጠው ከፍ ባለ መጠን የታለመው ንብርብር በፍጥነት ተቀርጿል. የዝቅተኛነት ደረጃ ከፍ ባለ መጠን የመራጭነት መስፈርት ከፍ ያለ ጥሩ ቅጦች ፍጹም በሆነ መልኩ ሊቀርቡ እንደሚችሉ ማረጋገጥ ነው። የመታጠፊያው አቅጣጫ ቀጥ ያለ ስለሆነ የ cationic etching መራጭነት ዝቅተኛ ነው, የራዲካል ኢቺንግ መራጭነት ከፍተኛ ነው, ይህም የ RIE ምርጫን ያሻሽላል.

 

5. የማሳከክ ሂደት

 

ምስል 5. የማሳከክ ሂደት

 

በመጀመሪያ ቫፈር በኦክሳይድ እቶን ውስጥ ከ 800 እስከ 1000 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ባለው የሙቀት መጠን ይጠበቃል, ከዚያም በደረቁ ዘዴ ከፍተኛ የመከላከያ ባህሪያት ያለው የሲሊኮን ዳይኦክሳይድ ፊልም (ሲኦ2) ፊልም በ waferው ላይ ይሠራል. በመቀጠልም የማስቀመጫው ሂደት የሲሊኮን ንብርብር ወይም በኦክሳይድ ፊልም ላይ በኬሚካላዊ የእንፋሎት ማጠራቀሚያ (ሲቪዲ) / ፊዚካል ትነት ማጠራቀሚያ (PVD) ላይ የሲሊኮን ንብርብር እንዲፈጠር ይደረጋል. የሲሊኮን ንብርብር ከተፈጠረ, አስፈላጊ ከሆነ ንፅፅርን ለመጨመር የንጽሕና ስርጭት ሂደት ሊከናወን ይችላል. በቆሻሻ ማሰራጨት ሂደት ውስጥ ብዙ ቆሻሻዎች ብዙ ጊዜ በተደጋጋሚ ይጨምራሉ.

በዚህ ጊዜ የኢንሱላር ሽፋን እና የፖሊሲሊኮን ንብርብር ለኤክሳይድ መቀላቀል አለባቸው. በመጀመሪያ, የፎቶ ተከላካይ ጥቅም ላይ ይውላል. በመቀጠልም በፎቶሪሲስት ፊልም ላይ ጭምብል ይደረጋል እና እርጥብ መጋለጥ የሚፈለገውን ንድፍ (በዓይን የማይታይ) በፎቶሪሲስት ፊልም ላይ ለማተም በማጥለቅለቅ ይከናወናል. የስርዓተ-ጥለት ንድፍ በልማት ሲገለጥ በፎቶ ሰሚው አካባቢ ያለው የፎቶ ተከላካይ ይወገዳል። ከዚያም በፎቶሊቶግራፊ ሂደት የተሰራው ቫፈር ለደረቅ ማሳከክ ወደ ማቅለሚያ ሂደት ይተላለፋል.

ደረቅ ማሳከክ በዋነኝነት የሚከናወነው በሪአክቲቭ ion etching (RIE) ሲሆን በዚህ ጊዜ ማሳከክ የሚደገመው በዋነኝነት ለእያንዳንዱ ፊልም ተስማሚ የሆነውን የምንጭ ጋዝ በመተካት ነው። ሁለቱም ደረቅ ማሳከክ እና እርጥብ ማሳከክ ዓላማቸው የማሳከክን ምጥጥን (A/R እሴት) ለመጨመር ነው። በተጨማሪም ከጉድጓዱ ግርጌ ላይ የተከማቸ ፖሊመርን ለማስወገድ በየጊዜው ማጽዳት ያስፈልጋል (በማሳለጥ የተፈጠረውን ክፍተት). አስፈላጊው ነጥብ ሁሉም ተለዋዋጮች (እንደ ቁሳቁሶች, ምንጭ ጋዝ, ጊዜ, ቅጽ እና ቅደም ተከተል ያሉ) የጽዳት መፍትሄ ወይም የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ ወደ ቦይ ግርጌ ሊፈስ እንደሚችል ለማረጋገጥ በኦርጋኒክ መስተካከል አለባቸው. በተለዋዋጭ ውስጥ ትንሽ ለውጥ የሌሎችን ተለዋዋጮች እንደገና ማስላትን ይጠይቃል, እና ይህ እንደገና የማሰላሰል ሂደት የእያንዳንዱን ደረጃ ዓላማ እስኪያሟላ ድረስ ይደገማል. በቅርብ ጊዜ እንደ አቶሚክ ንብርብር ማስቀመጫ (ALD) ያሉ ሞኖአቶሚክ ንብርብሮች ቀጭን እና ከባድ እየሆኑ መጥተዋል። ስለዚህ, etching ቴክኖሎጂ ዝቅተኛ የሙቀት መጠኖችን እና ግፊቶችን ወደ መጠቀም እየተንቀሳቀሰ ነው. የማሳከክ ሂደቱ ጥሩ ንድፎችን ለማምረት እና በችግኝቱ ሂደት የተከሰቱ ችግሮችን ለማስወገድ በተለይም ከመሳፍ በታች እና ከቅሪቶች መወገድ ጋር የተያያዙ ችግሮችን ለመቆጣጠር ወሳኝ ልኬቶችን (ሲዲ) ለመቆጣጠር ያለመ ነው። ከላይ የተገለጹት ሁለት ጽሑፎች ስለ ማሳመር ሂደት ዓላማ፣ ከላይ የተጠቀሱትን ግቦች ለማሳካት እንቅፋቶችን እና እነዚህን መሰናክሎች ለማሸነፍ ጥቅም ላይ የዋሉትን የአፈፃፀም አመልካቾች ለአንባቢዎች ግንዛቤ እንዲሰጡ ለማድረግ ነው።