सेमीकंडक्टर पैटर्निंग प्रक्रिया प्रवाह-नक़्क़ाशी

प्रारंभिक गीली नक़्क़ाशी ने सफाई या राख बनाने की प्रक्रियाओं के विकास को बढ़ावा दिया। आज, प्लाज़्मा का उपयोग करके सूखी नक़्क़ाशी मुख्यधारा बन गई हैनक़्क़ाशी प्रक्रिया. प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन, धनायन और रेडिकल होते हैं। प्लाज्मा पर लागू ऊर्जा तटस्थ अवस्था में स्रोत गैस के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों को छीनने का कारण बनती है, जिससे ये इलेक्ट्रॉन धनायनों में परिवर्तित हो जाते हैं।

इसके अलावा, अणुओं में अपूर्ण परमाणुओं को विद्युत रूप से तटस्थ रेडिकल बनाने के लिए ऊर्जा लगाकर हटाया जा सकता है। सूखी नक़्क़ाशी में धनायन और रेडिकल्स का उपयोग किया जाता है जो प्लाज्मा बनाते हैं, जहां धनायन अनिसोट्रोपिक (एक निश्चित दिशा में नक़्क़ाशी के लिए उपयुक्त) होते हैं और रेडिकल आइसोट्रोपिक (सभी दिशाओं में नक़्क़ाशी के लिए उपयुक्त) होते हैं। मूलांकों की संख्या धनायनों की संख्या से कहीं अधिक है। इस मामले में, सूखी नक़्क़ाशी गीली नक़्क़ाशी की तरह आइसोट्रोपिक होनी चाहिए।

हालाँकि, यह सूखी नक़्क़ाशी की अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी है जो अति-लघु सर्किट को संभव बनाती है। इसका कारण क्या है? इसके अलावा, धनायनों और रेडिकल्स की नक़्क़ाशी की गति बहुत धीमी है। तो इस कमी के बावजूद हम बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए प्लाज्मा नक़्क़ाशी विधियों को कैसे लागू कर सकते हैं?

 

1. पहलू अनुपात (ए/आर)

 

चित्र 1. पहलू अनुपात की अवधारणा और उस पर तकनीकी प्रगति का प्रभाव

 

पहलू अनुपात क्षैतिज चौड़ाई और ऊर्ध्वाधर ऊंचाई का अनुपात है (यानी, ऊंचाई को चौड़ाई से विभाजित किया जाता है)। सर्किट का क्रांतिक आयाम (सीडी) जितना छोटा होगा, पक्षानुपात मान उतना ही बड़ा होगा। अर्थात्, 10 का पहलू अनुपात मान और 10 एनएम की चौड़ाई मानते हुए, नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान ड्रिल किए गए छेद की ऊंचाई 100 एनएम होनी चाहिए। इसलिए, अगली पीढ़ी के उत्पादों के लिए जिन्हें अल्ट्रा-लघुकरण (2डी) या उच्च घनत्व (3डी) की आवश्यकता होती है, यह सुनिश्चित करने के लिए अत्यधिक उच्च पहलू अनुपात मूल्यों की आवश्यकता होती है कि धनायन नक़्क़ाशी के दौरान नीचे की फिल्म में प्रवेश कर सकें।

 

2डी उत्पादों में 10एनएम से कम के महत्वपूर्ण आयाम के साथ अल्ट्रा-मिनिएचराइजेशन तकनीक प्राप्त करने के लिए, डायनेमिक रैंडम एक्सेस मेमोरी (डीआरएएम) के कैपेसिटर पहलू अनुपात मूल्य को 100 से ऊपर बनाए रखा जाना चाहिए। इसी तरह, 3डी नंद फ्लैश मेमोरी को भी उच्च पहलू अनुपात मूल्यों की आवश्यकता होती है। ​256 परतों या अधिक सेल स्टैकिंग परतों को स्टैक करने के लिए। भले ही अन्य प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक शर्तें पूरी हो जाएं, फिर भी आवश्यक उत्पादों का उत्पादन नहीं किया जा सकता हैनक़्क़ाशी प्रक्रियामानक के अनुरूप नहीं है. यही कारण है कि नक़्क़ाशी तकनीक तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही है।

 

2. प्लाज्मा नक़्क़ाशी का अवलोकन

 

चित्र 2. फिल्म प्रकार के अनुसार प्लाज्मा स्रोत गैस का निर्धारण

 

जब एक खोखले पाइप का उपयोग किया जाता है, तो पाइप का व्यास जितना संकीर्ण होता है, तरल पदार्थ में प्रवेश करना उतना ही आसान होता है, जो तथाकथित केशिका घटना है। हालाँकि, यदि खुले क्षेत्र में एक छेद (बंद सिरा) ड्रिल किया जाना है, तो तरल का इनपुट काफी मुश्किल हो जाता है। इसलिए, चूँकि 1970 के दशक के मध्य में सर्किट का क्रांतिक आकार 3um से 5um था, इसलिए शुष्कएचिंगने धीरे-धीरे गीली नक़्क़ाशी को मुख्य धारा के रूप में प्रतिस्थापित कर दिया है। अर्थात्, हालांकि आयनित, गहरे छिद्रों में प्रवेश करना आसान है क्योंकि एक अणु का आयतन कार्बनिक बहुलक समाधान अणु की तुलना में छोटा होता है।

प्लाज्मा नक़्क़ाशी के दौरान, नक़्क़ाशी के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रसंस्करण कक्ष के आंतरिक भाग को संबंधित परत के लिए उपयुक्त प्लाज्मा स्रोत गैस को इंजेक्ट करने से पहले वैक्यूम स्थिति में समायोजित किया जाना चाहिए। ठोस ऑक्साइड फिल्मों की नक्काशी करते समय, मजबूत कार्बन फ्लोराइड-आधारित स्रोत गैसों का उपयोग किया जाना चाहिए। अपेक्षाकृत कमजोर सिलिकॉन या धातु फिल्मों के लिए, क्लोरीन आधारित प्लाज्मा स्रोत गैसों का उपयोग किया जाना चाहिए।

तो, गेट परत और अंतर्निहित सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) इन्सुलेटिंग परत को कैसे उकेरा जाना चाहिए?

सबसे पहले, गेट परत के लिए, सिलिकॉन को पॉलीसिलिकॉन नक़्क़ाशी चयनात्मकता के साथ क्लोरीन-आधारित प्लाज्मा (सिलिकॉन + क्लोरीन) का उपयोग करके हटाया जाना चाहिए। निचली इंसुलेटिंग परत के लिए, सिलिकॉन डाइऑक्साइड फिल्म को मजबूत नक़्क़ाशी चयनात्मकता और प्रभावशीलता के साथ कार्बन फ्लोराइड-आधारित प्लाज्मा स्रोत गैस (सिलिकॉन डाइऑक्साइड + कार्बन टेट्राफ्लोराइड) का उपयोग करके दो चरणों में उकेरा जाना चाहिए।

 

3. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई या भौतिक रासायनिक नक़्क़ाशी) प्रक्रिया

 

चित्र 3. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी के लाभ (अनिसोट्रॉपी और उच्च नक़्क़ाशी दर)

 

प्लाज्मा में आइसोट्रोपिक मुक्त कण और अनिसोट्रोपिक धनायन दोनों होते हैं, तो यह अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी कैसे करता है?

प्लाज्मा सूखी नक़्क़ाशी मुख्य रूप से प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई, रिएक्टिव आयन नक़्क़ाशी) या इस पद्धति पर आधारित अनुप्रयोगों द्वारा की जाती है। आरआईई पद्धति का मूल अनिसोट्रोपिक धनायनों के साथ नक़्क़ाशी क्षेत्र पर हमला करके फिल्म में लक्ष्य अणुओं के बीच बंधन बल को कमजोर करना है। कमजोर क्षेत्र को मुक्त कणों द्वारा अवशोषित किया जाता है, परत बनाने वाले कणों के साथ मिलकर, गैस (एक अस्थिर यौगिक) में परिवर्तित किया जाता है और जारी किया जाता है।

यद्यपि मुक्त कणों में आइसोट्रोपिक विशेषताएं होती हैं, लेकिन निचली सतह बनाने वाले अणु (जिनकी बंधन शक्ति धनायनों के हमले से कमजोर हो जाती है) मुक्त कणों द्वारा अधिक आसानी से पकड़ लिए जाते हैं और मजबूत बंधन बल वाली पार्श्व दीवारों की तुलना में नए यौगिकों में परिवर्तित हो जाते हैं। इसलिए, नीचे की ओर नक़्क़ाशी मुख्य धारा बन जाती है। पकड़े गए कण मुक्त कणों के साथ गैस बन जाते हैं, जो निर्वात की क्रिया के तहत सतह से अवशोषित और मुक्त हो जाते हैं।

 

इस समय, भौतिक क्रिया द्वारा प्राप्त धनायन और रासायनिक क्रिया द्वारा प्राप्त मुक्त कणों को भौतिक और रासायनिक नक़्क़ाशी के लिए संयोजित किया जाता है, और नक़्क़ाशी दर (नक़्क़ाशी दर, एक निश्चित अवधि में नक़्क़ाशी की डिग्री) 10 गुना बढ़ जाती है अकेले धनायनित नक़्क़ाशी या मुक्त मूलक नक़्क़ाशी के मामले की तुलना में। यह विधि न केवल अनिसोट्रोपिक डाउनवर्ड नक़्क़ाशी की नक़्क़ाशी दर को बढ़ा सकती है, बल्कि नक़्क़ाशी के बाद बहुलक अवशेषों की समस्या को भी हल कर सकती है। इस विधि को प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) कहा जाता है। आरआईई नक़्क़ाशी की सफलता की कुंजी फिल्म की नक़्क़ाशी के लिए उपयुक्त प्लाज्मा स्रोत गैस ढूंढना है। नोट: प्लाज्मा नक़्क़ाशी RIE नक़्क़ाशी है, और दोनों को एक ही अवधारणा के रूप में माना जा सकता है।

 

4. ईच दर और कोर प्रदर्शन सूचकांक

 

चित्र 4. ईच दर से संबंधित कोर ईच प्रदर्शन सूचकांक

 

ईच रेट से तात्पर्य फिल्म की उस गहराई से है जिस तक एक मिनट में पहुंचने की उम्मीद है। तो इसका क्या मतलब है कि एक ही वेफर पर खोदने की दर अलग-अलग हिस्सों में अलग-अलग होती है?

इसका मतलब यह है कि वेफर पर खोदने की गहराई अलग-अलग हिस्सों में अलग-अलग होती है। इस कारण से, अंतिम बिंदु (ईओपी) निर्धारित करना बहुत महत्वपूर्ण है जहां औसत नक़्क़ाशी दर और नक़्क़ाशी की गहराई पर विचार करके नक़्क़ाशी बंद होनी चाहिए। भले ही ईओपी सेट हो, फिर भी कुछ क्षेत्र ऐसे हैं जहां खोदने की गहराई मूल रूप से नियोजित की तुलना में अधिक गहरी (अधिक खोदी गई) या उथली (कम खोदी गई) है। हालाँकि, नक़्क़ाशी के दौरान ज़्यादा नक़्क़ाशी की तुलना में कम नक़्क़ाशी अधिक नुकसान पहुंचाती है। क्योंकि कम-नक़्क़ाशी के मामले में, कम-नक़्क़ाशी वाला हिस्सा आयन प्रत्यारोपण जैसी बाद की प्रक्रियाओं में बाधा उत्पन्न करेगा।

इस बीच, चयनात्मकता (ईच दर द्वारा मापी गई) नक़्क़ाशी प्रक्रिया का एक प्रमुख प्रदर्शन संकेतक है। माप मानक मास्क परत (फोटोरेसिस्ट फिल्म, ऑक्साइड फिल्म, सिलिकॉन नाइट्राइड फिल्म, आदि) और लक्ष्य परत की ईच दर की तुलना पर आधारित है। इसका मतलब यह है कि चयनात्मकता जितनी अधिक होगी, लक्ष्य परत उतनी ही तेजी से उकेरी जाएगी। लघुकरण का स्तर जितना ऊंचा होगा, यह सुनिश्चित करने के लिए चयनात्मकता की आवश्यकता उतनी ही अधिक होगी कि बारीक पैटर्न को पूरी तरह से प्रस्तुत किया जा सके। चूँकि नक़्क़ाशी की दिशा सीधी है, धनायनित नक़्क़ाशी की चयनात्मकता कम है, जबकि रेडिकल नक़्क़ाशी की चयनात्मकता अधिक है, जो RIE की चयनात्मकता में सुधार करती है।

 

5. नक़्क़ाशी प्रक्रिया

 

चित्र 5. नक़्क़ाशी प्रक्रिया

 

सबसे पहले, वेफर को 800 और 1000 ℃ के बीच तापमान बनाए रखने के साथ ऑक्सीकरण भट्टी में रखा जाता है, और फिर सूखी विधि द्वारा वेफर की सतह पर उच्च इन्सुलेशन गुणों वाली एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) फिल्म बनाई जाती है। इसके बाद, रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी)/भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) द्वारा ऑक्साइड फिल्म पर एक सिलिकॉन परत या एक प्रवाहकीय परत बनाने के लिए जमाव प्रक्रिया शुरू की जाती है। यदि एक सिलिकॉन परत बनती है, तो यदि आवश्यक हो तो चालकता बढ़ाने के लिए अशुद्धता प्रसार प्रक्रिया की जा सकती है। अशुद्धता प्रसार प्रक्रिया के दौरान, कई अशुद्धियाँ अक्सर बार-बार जोड़ी जाती हैं।

इस समय, नक़्क़ाशी के लिए इन्सुलेट परत और पॉलीसिलिकॉन परत को जोड़ा जाना चाहिए। सबसे पहले, एक फोटोरेसिस्ट का उपयोग किया जाता है। इसके बाद, फोटोरेसिस्ट फिल्म पर एक मास्क लगाया जाता है और फोटोरेसिस्ट फिल्म पर वांछित पैटर्न (नग्न आंखों के लिए अदृश्य) अंकित करने के लिए विसर्जन द्वारा गीला प्रदर्शन किया जाता है। जब पैटर्न की रूपरेखा विकास द्वारा प्रकट होती है, तो प्रकाश संवेदनशील क्षेत्र में फोटोरेसिस्ट हटा दिया जाता है। फिर, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया द्वारा संसाधित वेफर को सूखी नक़्क़ाशी के लिए नक़्क़ाशी प्रक्रिया में स्थानांतरित किया जाता है।

सूखी नक़्क़ाशी मुख्य रूप से प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) द्वारा की जाती है, जिसमें मुख्य रूप से प्रत्येक फिल्म के लिए उपयुक्त स्रोत गैस को प्रतिस्थापित करके नक़्क़ाशी को दोहराया जाता है। सूखी नक़्क़ाशी और गीली नक़्क़ाशी दोनों का उद्देश्य नक़्क़ाशी के पहलू अनुपात (ए/आर मान) को बढ़ाना है। इसके अलावा, छेद के तल पर जमा पॉलिमर (नक़्क़ाशी से बना गैप) को हटाने के लिए नियमित सफाई की आवश्यकता होती है। महत्वपूर्ण बात यह है कि सभी चर (जैसे सामग्री, स्रोत गैस, समय, रूप और अनुक्रम) को व्यवस्थित रूप से समायोजित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सफाई समाधान या प्लाज्मा स्रोत गैस खाई के नीचे तक प्रवाहित हो सके। एक चर में थोड़े से बदलाव के लिए अन्य चरों की पुनर्गणना की आवश्यकता होती है, और यह पुनर्गणना प्रक्रिया तब तक दोहराई जाती है जब तक कि यह प्रत्येक चरण के उद्देश्य को पूरा नहीं कर लेती। हाल ही में, मोनोआटोमिक परतें जैसे परमाणु परत जमाव (एएलडी) परतें पतली और सख्त हो गई हैं। इसलिए, नक़्क़ाशी तकनीक कम तापमान और दबाव के उपयोग की ओर बढ़ रही है। नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उद्देश्य बारीक पैटर्न तैयार करने के लिए महत्वपूर्ण आयाम (सीडी) को नियंत्रित करना है और यह सुनिश्चित करना है कि नक़्क़ाशी प्रक्रिया के कारण होने वाली समस्याओं, विशेष रूप से कम-नक़्क़ाशी और अवशेषों को हटाने से संबंधित समस्याओं से बचा जा सके। नक़्क़ाशी पर उपरोक्त दो लेखों का उद्देश्य पाठकों को नक़्क़ाशी प्रक्रिया के उद्देश्य, उपरोक्त लक्ष्यों को प्राप्त करने में आने वाली बाधाओं और ऐसी बाधाओं को दूर करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रदर्शन संकेतकों की समझ प्रदान करना है।