সেমিকন্ডাক্টর প্যাটার্নিং প্রক্রিয়া ফ্লো-এচিং

প্রারম্ভিক ভেজা এচিং পরিষ্কার বা ছাই প্রক্রিয়ার বিকাশকে উন্নীত করে। আজ, প্লাজমা ব্যবহার করে শুকনো এচিং মূলধারায় পরিণত হয়েছেএচিং প্রক্রিয়া. প্লাজমা ইলেকট্রন, ক্যাটেশন এবং র্যাডিকাল নিয়ে গঠিত। রক্তরসে প্রয়োগ করা শক্তি নিরপেক্ষ অবস্থায় উত্স গ্যাসের বাইরের ইলেকট্রনগুলিকে ছিনিয়ে নেওয়ার কারণ হয়, যার ফলে এই ইলেকট্রনগুলিকে ক্যাশনে রূপান্তরিত করে।

উপরন্তু, বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ র্যাডিকেল গঠনের জন্য শক্তি প্রয়োগ করে অণুতে অপূর্ণ পরমাণুগুলিকে ছিনিয়ে নেওয়া যেতে পারে। ড্রাই এচিং ক্যাটেশন এবং র‌্যাডিকেল ব্যবহার করে যা প্লাজমা তৈরি করে, যেখানে ক্যাটেশন অ্যানিসোট্রপিক (একটি নির্দিষ্ট দিকে এচিংয়ের জন্য উপযুক্ত) এবং র্যাডিকেল হল আইসোট্রপিক (সব দিক দিয়ে খোঁচানোর জন্য উপযুক্ত)। র্যাডিকেলের সংখ্যা ক্যাশনের সংখ্যার চেয়ে অনেক বেশি। এই ক্ষেত্রে, শুকনো এচিং ভেজা এচিংয়ের মতো আইসোট্রপিক হওয়া উচিত।

যাইহোক, এটি ড্রাই এচিং এর অ্যানিসোট্রপিক এচিং যা অতি-মিনিচুরাইজড সার্কিটগুলিকে সম্ভব করে তোলে। এর কারণ কী? উপরন্তু, ক্যাটেশন এবং র্যাডিকালগুলির এচিং গতি খুব ধীর। সুতরাং এই অভাবের মুখে আমরা কীভাবে প্লাজমা এচিং পদ্ধতিগুলি ব্যাপক উত্পাদনে প্রয়োগ করতে পারি?

 

1. আকৃতির অনুপাত (A/R)

 

চিত্র 1. আকৃতির অনুপাতের ধারণা এবং এর উপর প্রযুক্তিগত অগ্রগতির প্রভাব

 

আকৃতির অনুপাত হল অনুভূমিক প্রস্থ এবং উল্লম্ব উচ্চতার অনুপাত (অর্থাৎ, প্রস্থ দ্বারা বিভক্ত উচ্চতা)। সার্কিটের ক্রিটিকাল ডাইমেনশন (CD) যত ছোট হবে, অ্যাসপেক্ট রেশিওর মান তত বেশি হবে। অর্থাৎ, 10 এর অনুপাতের মান এবং 10nm প্রস্থ ধরে নিলে, এচিং প্রক্রিয়া চলাকালীন ড্রিল করা গর্তের উচ্চতা 100nm হওয়া উচিত। অতএব, পরবর্তী প্রজন্মের পণ্যগুলির জন্য যেগুলির জন্য অতি-মিনিচুরাইজেশন (2D) বা উচ্চ ঘনত্ব (3D) প্রয়োজন, অত্যন্ত উচ্চ আকৃতির অনুপাতের মানগুলি নিশ্চিত করার জন্য প্রয়োজন হয় যে ক্যাটেশনগুলি এচিংয়ের সময় নীচের ফিল্মে প্রবেশ করতে পারে।

 

2D পণ্যে 10nm-এর কম একটি সমালোচনামূলক মাত্রা সহ আল্ট্রা-মিনিচুরাইজেশন প্রযুক্তি অর্জন করতে, ডায়নামিক র্যান্ডম অ্যাক্সেস মেমরি (DRAM) এর ক্যাপাসিটর অ্যাসপেক্ট রেশিও মান 100-এর উপরে বজায় রাখতে হবে। একইভাবে, 3D NAND ফ্ল্যাশ মেমরির জন্যও উচ্চতর আকৃতির অনুপাতের মান প্রয়োজন 256 স্তর বা তার বেশি সেল স্ট্যাকিং স্তরগুলি স্ট্যাক করতে। এমনকি অন্যান্য প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় শর্ত পূরণ করা হলেও, প্রয়োজনীয় পণ্য উত্পাদন করা যাবে না যদিএচিং প্রক্রিয়ামান পর্যন্ত নয়। এই কারণেই এচিং প্রযুক্তি ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে।

 

2. প্লাজমা এচিং এর ওভারভিউ

 

চিত্র 2. ফিল্মের ধরন অনুযায়ী প্লাজমা উৎস গ্যাস নির্ণয় করা

 

যখন একটি ফাঁপা পাইপ ব্যবহার করা হয়, পাইপের ব্যাস যত সংকুচিত হয়, তরল প্রবেশ করা তত সহজ হয়, যা তথাকথিত কৈশিক ঘটনা। যাইহোক, যদি একটি গর্ত (বন্ধ প্রান্ত) উন্মুক্ত এলাকায় ড্রিল করতে হয়, তরল ইনপুট বেশ কঠিন হয়ে পড়ে। অতএব, যেহেতু 1970-এর দশকের মাঝামাঝি সার্কিটের সমালোচনামূলক আকার ছিল 3um থেকে 5um, শুকনোএচিংধীরে ধীরে মূল স্রোত হিসাবে ভিজা এচিং প্রতিস্থাপিত হয়েছে। অর্থাৎ, আয়নিত হলেও, গভীর গর্ত ভেদ করা সহজ কারণ একটি একক অণুর আয়তন একটি জৈব পলিমার দ্রবণ অণুর চেয়ে ছোট।

প্লাজমা এচিংয়ের সময়, এচিংয়ের জন্য ব্যবহৃত প্রসেসিং চেম্বারের অভ্যন্তরটি প্রাসঙ্গিক স্তরের জন্য উপযুক্ত প্লাজমা উৎস গ্যাস ইনজেকশন দেওয়ার আগে একটি ভ্যাকুয়াম অবস্থায় সামঞ্জস্য করা উচিত। কঠিন অক্সাইড ফিল্ম এচিং করার সময়, শক্তিশালী কার্বন ফ্লোরাইড-ভিত্তিক উৎস গ্যাস ব্যবহার করা উচিত। অপেক্ষাকৃত দুর্বল সিলিকন বা ধাতব ফিল্মের জন্য, ক্লোরিন-ভিত্তিক প্লাজমা উৎস গ্যাস ব্যবহার করা উচিত।

সুতরাং, কিভাবে গেট স্তর এবং অন্তর্নিহিত সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2) অন্তরক স্তর খোদাই করা উচিত?

প্রথমত, গেট লেয়ারের জন্য, পলিসিলিকন এচিং সিলেক্টিভিটি সহ একটি ক্লোরিন-ভিত্তিক প্লাজমা (সিলিকন + ক্লোরিন) ব্যবহার করে সিলিকন অপসারণ করা উচিত। নীচের অন্তরক স্তরের জন্য, সিলিকন ডাই অক্সাইড ফিল্মটি শক্তিশালী এচিং নির্বাচনযোগ্যতা এবং কার্যকারিতা সহ একটি কার্বন ফ্লোরাইড-ভিত্তিক প্লাজমা উৎস গ্যাস (সিলিকন ডাই অক্সাইড + কার্বন টেট্রাফ্লোরাইড) ব্যবহার করে দুটি ধাপে খোদাই করা উচিত।

 

3. প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিং (RIE বা ফিজিকোকেমিক্যাল এচিং) প্রক্রিয়া

 

চিত্র 3. প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিং এর সুবিধা (অ্যানিসোট্রপি এবং উচ্চ এচিং রেট)

 

প্লাজমাতে আইসোট্রপিক ফ্রি র‌্যাডিকেল এবং অ্যানিসোট্রপিক ক্যাটেশন উভয়ই থাকে, তাই এটি কীভাবে অ্যানিসোট্রপিক এচিং সঞ্চালন করে?

প্লাজমা ড্রাই এচিং মূলত রিঅ্যাকটিভ আয়ন এচিং (RIE, Reactive Ion Etching) বা এই পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে প্রয়োগের মাধ্যমে সঞ্চালিত হয়। আরআইই পদ্ধতির মূল হল অ্যানিসোট্রপিক ক্যাটেশনের সাহায্যে এচিং এলাকায় আক্রমণ করে ফিল্মের লক্ষ্য অণুগুলির মধ্যে বাঁধাই শক্তিকে দুর্বল করা। দুর্বল অঞ্চলটি মুক্ত র্যাডিকেল দ্বারা শোষিত হয়, স্তরটি তৈরি করা কণাগুলির সাথে মিলিত হয়, গ্যাসে রূপান্তরিত হয় (একটি উদ্বায়ী যৌগ) এবং মুক্তি পায়।

যদিও মুক্ত র‌্যাডিকেলের আইসোট্রপিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, অণুগুলি যেগুলি নীচের পৃষ্ঠকে তৈরি করে (যার বাঁধাই শক্তি ক্যাটেশনের আক্রমণে দুর্বল হয়ে যায়) তারা আরও সহজে মুক্ত র্যাডিকেল দ্বারা বন্দী হয় এবং শক্তিশালী বাঁধাই শক্তির সাথে পাশের দেয়ালের তুলনায় নতুন যৌগগুলিতে রূপান্তরিত হয়। অতএব, নিম্নগামী এচিং মূলধারায় পরিণত হয়। বন্দী কণাগুলি মুক্ত র্যাডিকেল সহ গ্যাসে পরিণত হয়, যা ভ্যাকুয়ামের ক্রিয়ায় পৃষ্ঠ থেকে শোষণ করে এবং মুক্তি পায়।

 

এই সময়ে, দৈহিক ক্রিয়া দ্বারা প্রাপ্ত ক্যাটেশন এবং রাসায়নিক ক্রিয়া দ্বারা প্রাপ্ত মুক্ত র্যাডিকেলগুলিকে ভৌত এবং রাসায়নিক এচিংয়ের জন্য একত্রিত করা হয় এবং এচিং রেট (এচ রেট, একটি নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে এচিংয়ের মাত্রা) 10 গুণ বৃদ্ধি পায়। ক্যাটানিক এচিং বা ফ্রি র‌্যাডিক্যাল এচিং এর ক্ষেত্রে তুলনা করা যায়। এই পদ্ধতিটি শুধুমাত্র অ্যানিসোট্রপিক ডাউনওয়ার্ড এচিংয়ের এচিং হার বাড়াতে পারে না, তবে এচিংয়ের পরে পলিমার অবশিষ্টাংশের সমস্যাও সমাধান করতে পারে। এই পদ্ধতিটিকে প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিং (RIE) বলা হয়। আরআইই এচিং এর সাফল্যের চাবিকাঠি হল ফিল্ম এচিং করার জন্য উপযুক্ত প্লাজমা উৎস গ্যাস খুঁজে বের করা। দ্রষ্টব্য: প্লাজমা এচিং হল RIE এচিং, এবং দুটিকে একই ধারণা হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে।

 

4. Etch হার এবং মূল কর্মক্ষমতা সূচক

 

চিত্র 4. Etch হার সম্পর্কিত কোর ইচ পারফরম্যান্স সূচক

 

ইচ রেট ফিল্মের গভীরতা বোঝায় যা এক মিনিটে পৌঁছানো হবে বলে আশা করা হচ্ছে। তাহলে এর মানে কি যে একক ওয়েফারে এচ রেট অংশ থেকে অংশে পরিবর্তিত হয়?

এর মানে হল যে এচের গভীরতা ওয়েফারের অংশ থেকে অংশে পরিবর্তিত হয়। এই কারণে, গড় এচ রেট এবং এচ গভীরতা বিবেচনা করে শেষ বিন্দু (EOP) সেট করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ যেখানে এচিং বন্ধ করা উচিত। EOP সেট করা হলেও, এখনও কিছু এলাকা আছে যেখানে খোদাই গভীরতা মূল পরিকল্পনার চেয়ে গভীর (ওভার-এচড) বা অগভীর (আন্ডার-এচড)। যাইহোক, আন্ডার-এচিং এচিংয়ের সময় ওভার-এচিংয়ের চেয়ে বেশি ক্ষতি করে। কারণ আন্ডার-এচিংয়ের ক্ষেত্রে, আন্ডার-এচিং অংশটি পরবর্তী প্রক্রিয়া যেমন আয়ন ইমপ্লান্টেশনকে বাধা দেবে।

এদিকে, সিলেক্টিভিটি (এচ রেট দ্বারা পরিমাপ করা) হল এচিং প্রক্রিয়ার একটি মূল কর্মক্ষমতা সূচক। পরিমাপের মান মাস্ক স্তরের এচ রেট (ফটোরেসিস্ট ফিল্ম, অক্সাইড ফিল্ম, সিলিকন নাইট্রাইড ফিল্ম, ইত্যাদি) এবং লক্ষ্য স্তরের তুলনার উপর ভিত্তি করে। এর মানে হল যে সিলেক্টিভিটি যত বেশি হবে, টার্গেট লেয়ারটি তত দ্রুত খোদাই করা হবে। ক্ষুদ্রকরণের স্তর যত বেশি হবে, সূক্ষ্ম নিদর্শনগুলি নিখুঁতভাবে উপস্থাপন করা যেতে পারে তা নিশ্চিত করার জন্য নির্বাচনের প্রয়োজনীয়তা তত বেশি। যেহেতু এচিং এর দিক সোজা, তাই ক্যাশনিক এচিং এর সিলেক্টিভিটি কম, যখন র্যাডিকাল এচিং এর সিলেক্টিভিটি বেশি, যা RIE এর সিলেক্টিভিটি উন্নত করে।

 

5. এচিং প্রক্রিয়া

 

চিত্র 5. এচিং প্রক্রিয়া

 

প্রথমে, ওয়েফারটিকে একটি জারণ চুল্লিতে স্থাপন করা হয় যার তাপমাত্রা 800 এবং 1000℃ এর মধ্যে বজায় থাকে এবং তারপরে একটি শুষ্ক পদ্ধতিতে ওয়েফারের পৃষ্ঠে উচ্চ নিরোধক বৈশিষ্ট্য সহ একটি সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2) ফিল্ম তৈরি করা হয়। এরপরে, রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD)/ভৌত বাষ্প জমা (PVD) দ্বারা অক্সাইড ফিল্মের উপর একটি সিলিকন স্তর বা একটি পরিবাহী স্তর তৈরি করতে জমা প্রক্রিয়াটি প্রবেশ করা হয়। যদি একটি সিলিকন স্তর গঠিত হয়, প্রয়োজনে পরিবাহিতা বাড়ানোর জন্য একটি অপবিত্রতা বিস্তার প্রক্রিয়া সঞ্চালিত হতে পারে। অপবিত্রতা প্রসারণ প্রক্রিয়া চলাকালীন, একাধিক অমেধ্য প্রায়ই বারবার যোগ করা হয়।

এই সময়ে, অন্তরক স্তর এবং পলিসিলিকন স্তর খোঁচা জন্য একত্রিত করা উচিত। প্রথমত, একটি photoresist ব্যবহার করা হয়। পরবর্তীকালে, ফটোরেসিস্ট ফিল্মের উপর একটি মুখোশ স্থাপন করা হয় এবং ফটোরেসিস্ট ফিল্মে পছন্দসই প্যাটার্ন (খালি চোখে অদৃশ্য) ছাপানোর জন্য নিমজ্জনের মাধ্যমে ভেজা এক্সপোজার করা হয়। যখন প্যাটার্নের রূপরেখাটি বিকাশের দ্বারা প্রকাশিত হয়, তখন আলোক সংবেদনশীল এলাকার ফটোরেসিস্ট সরানো হয়। তারপরে, ফটোলিথোগ্রাফি প্রক্রিয়া দ্বারা প্রক্রিয়াকৃত ওয়েফার শুষ্ক খোদাইয়ের জন্য এচিং প্রক্রিয়াতে স্থানান্তরিত হয়।

শুকনো এচিং প্রধানত রিঅ্যাকটিভ আয়ন এচিং (RIE) দ্বারা সঞ্চালিত হয়, যেখানে প্রতিটি ফিল্মের জন্য উপযুক্ত উৎস গ্যাস প্রতিস্থাপন করে এচিং পুনরাবৃত্তি করা হয়। শুষ্ক এচিং এবং ওয়েট এচিং উভয়েরই লক্ষ্য হল এচিং এর আকৃতির অনুপাত (A/R মান) বাড়ানো। এছাড়াও, গর্তের নীচে জমে থাকা পলিমার অপসারণের জন্য নিয়মিত পরিষ্কার করা প্রয়োজন (এচিং দ্বারা গঠিত ফাঁক)। গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল যে সমস্ত ভেরিয়েবল (যেমন উপকরণ, উৎস গ্যাস, সময়, ফর্ম এবং ক্রম) জৈবভাবে সামঞ্জস্য করা উচিত যাতে পরিষ্কারের দ্রবণ বা প্লাজমা উৎস গ্যাস পরিখার নীচে প্রবাহিত হতে পারে। একটি ভেরিয়েবলের সামান্য পরিবর্তনের জন্য অন্যান্য ভেরিয়েবলের পুনঃগণনার প্রয়োজন হয় এবং এই পুনঃগণনা প্রক্রিয়াটি প্রতিটি পর্যায়ের উদ্দেশ্য পূরণ না হওয়া পর্যন্ত পুনরাবৃত্তি করা হয়। সম্প্রতি, একপরমাণু স্তর যেমন পারমাণবিক স্তর জমা (ALD) স্তরগুলি পাতলা এবং শক্ত হয়ে উঠেছে। অতএব, এচিং প্রযুক্তি কম তাপমাত্রা এবং চাপ ব্যবহারের দিকে এগিয়ে যাচ্ছে। এচিং প্রক্রিয়ার লক্ষ্য হল সূক্ষ্ম নিদর্শন তৈরি করার জন্য সমালোচনামূলক মাত্রা (সিডি) নিয়ন্ত্রণ করা এবং নিশ্চিত করা যে এচিং প্রক্রিয়ার কারণে সৃষ্ট সমস্যাগুলি এড়ানো যায়, বিশেষ করে আন্ডার-এচিং এবং অবশিষ্টাংশ অপসারণ সম্পর্কিত সমস্যাগুলি। এচিং-এর উপরোক্ত দুটি নিবন্ধের লক্ষ্য পাঠকদের এচিং প্রক্রিয়ার উদ্দেশ্য, উপরোক্ত লক্ষ্য অর্জনে বাধা এবং এই ধরনের বাধা অতিক্রম করতে ব্যবহৃত কর্মক্ষমতা সূচক সম্পর্কে বোঝার জন্য।