सेमीकंडक्टर पॅटर्निंग प्रक्रिया फ्लो-एचिंग

सुरुवातीच्या ओल्या खोदकामाने साफसफाईच्या किंवा ऍशिंग प्रक्रियेच्या विकासास प्रोत्साहन दिले. आज, प्लाझ्मा वापरून कोरडे खोदकाम मुख्य प्रवाहात बनले आहेखोदकाम प्रक्रिया. प्लाझ्मामध्ये इलेक्ट्रॉन, कॅशन्स आणि रॅडिकल्स असतात. प्लाझ्मावर लागू केलेली ऊर्जा तटस्थ अवस्थेतील स्त्रोत वायूचे सर्वात बाहेरील इलेक्ट्रॉन काढून टाकण्यास कारणीभूत ठरते, ज्यामुळे या इलेक्ट्रॉनचे केशनमध्ये रूपांतर होते.

याव्यतिरिक्त, विद्युत तटस्थ रॅडिकल्स तयार करण्यासाठी ऊर्जा वापरून रेणूंमधील अपूर्ण अणू काढून टाकले जाऊ शकतात. ड्राय एचिंगमध्ये प्लाझ्मा बनवणारे कॅशन्स आणि रॅडिकल्स वापरतात, जेथे कॅशन्स ॲनिसोट्रॉपिक असतात (विशिष्ट दिशेने कोरण्यासाठी योग्य) आणि रॅडिकल्स आइसोट्रॉपिक (सर्व दिशांना नक्षीकाम करण्यासाठी योग्य) असतात. रॅडिकल्सची संख्या केशनच्या संख्येपेक्षा खूप जास्त आहे. या प्रकरणात, कोरडे खोदकाम ओले कोरीवकाम सारखे समस्थानिक असावे.

तथापि, हे कोरड्या कोरीव कामाचे ॲनिसोट्रॉपिक एचिंग आहे ज्यामुळे अल्ट्रा-मिनिएच्युराइज्ड सर्किट्स शक्य होतात. याचे कारण काय? याव्यतिरिक्त, केशन्स आणि रॅडिकल्सची कोरीव गती खूप कमी आहे. तर मग या उणीवाला तोंड देताना आपण प्लाझ्मा एचिंग पद्धती मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी कशी लागू करू शकतो?

 

1. गुणोत्तर (A/R)

 

आकृती 1. गुणोत्तराची संकल्पना आणि त्यावर तांत्रिक प्रगतीचा प्रभाव

 

आस्पेक्ट रेशो म्हणजे क्षैतिज रुंदी आणि उभ्या उंचीचे गुणोत्तर (म्हणजे, रुंदीने भागलेली उंची). सर्किटचे गंभीर परिमाण (CD) जितके लहान असेल तितके गुणोत्तर मूल्य मोठे असेल. म्हणजेच, 10 चे गुणोत्तर मूल्य आणि 10nm रुंदी गृहीत धरून, खोदकाम प्रक्रियेदरम्यान ड्रिल केलेल्या छिद्राची उंची 100nm असावी. म्हणून, अल्ट्रा-मिनिएच्युरायझेशन (2D) किंवा उच्च घनता (3D) आवश्यक असलेल्या पुढच्या पिढीच्या उत्पादनांसाठी, नक्षीकाम करताना कॅशन्स तळाच्या फिल्ममध्ये प्रवेश करू शकतात याची खात्री करण्यासाठी अत्यंत उच्च गुणोत्तर मूल्ये आवश्यक आहेत.

 

2D उत्पादनांमध्ये 10nm पेक्षा कमी गंभीर परिमाण असलेले अल्ट्रा-मिनिएच्युरायझेशन तंत्रज्ञान प्राप्त करण्यासाठी, डायनॅमिक रँडम ऍक्सेस मेमरी (DRAM) चे कॅपेसिटर आस्पेक्ट रेशो व्हॅल्यू 100 च्या वर ठेवली पाहिजे. त्याचप्रमाणे, 3D NAND फ्लॅश मेमरीला देखील उच्च गुणोत्तर मूल्यांची आवश्यकता असते. 256 स्तर किंवा अधिक सेल स्टॅकिंग स्तर स्टॅक करण्यासाठी. जरी इतर प्रक्रियेसाठी आवश्यक असलेल्या अटी पूर्ण केल्या गेल्या तरीही आवश्यक उत्पादने तयार केली जाऊ शकत नाहीत जरखोदकाम प्रक्रियामानकापर्यंत नाही. त्यामुळे नक्षीकाम तंत्रज्ञान अधिक महत्त्वाचे होत आहे.

 

2. प्लाझ्मा एचिंगचे विहंगावलोकन

 

आकृती 2. फिल्म प्रकारानुसार प्लाझ्मा स्त्रोत गॅसचे निर्धारण

 

जेव्हा पोकळ पाईप वापरला जातो तेव्हा पाईपचा व्यास जितका अरुंद असेल तितका द्रव आत प्रवेश करणे सोपे होईल, ही तथाकथित केशिका घटना आहे. तथापि, उघडलेल्या भागात छिद्र (बंद टोक) ड्रिल करायचे असल्यास, द्रव इनपुट करणे खूप कठीण होते. म्हणून, 1970 च्या मध्यात सर्किटचा गंभीर आकार 3um ते 5um इतका असल्याने, कोरडेनक्षीकामहळूहळू मुख्य प्रवाह म्हणून ओले कोरीव काम बदलले आहे. म्हणजेच, जरी आयनीकृत असले तरी, खोल छिद्रांमध्ये प्रवेश करणे सोपे आहे कारण एका रेणूची मात्रा सेंद्रिय पॉलिमर सोल्यूशन रेणूपेक्षा लहान असते.

प्लाझ्मा एचिंग दरम्यान, एचिंगसाठी वापरल्या जाणाऱ्या प्रोसेसिंग चेंबरच्या आतील भागाला संबंधित लेयरसाठी योग्य प्लाझ्मा स्त्रोत वायू इंजेक्ट करण्यापूर्वी व्हॅक्यूम स्थितीत समायोजित केले पाहिजे. सॉलिड ऑक्साईड फिल्म्स एचिंग करताना, मजबूत कार्बन फ्लोराईड-आधारित स्त्रोत वायू वापरल्या पाहिजेत. तुलनेने कमकुवत सिलिकॉन किंवा मेटल फिल्मसाठी, क्लोरीन-आधारित प्लाझ्मा स्त्रोत वायू वापरल्या पाहिजेत.

तर, गेट लेयर आणि अंतर्निहित सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2) इन्सुलेटिंग लेयर कसे कोरले जावे?

प्रथम, गेट लेयरसाठी, पॉलिसिलिकॉन एचिंग सिलेक्टिव्हिटीसह क्लोरीन-आधारित प्लाझ्मा (सिलिकॉन + क्लोरीन) वापरून सिलिकॉन काढले पाहिजे. तळाच्या इन्सुलेटिंग लेयरसाठी, कार्बन फ्लोराईड-आधारित प्लाझ्मा स्रोत वायू (सिलिकॉन डायऑक्साइड + कार्बन टेट्राफ्लोराइड) वापरून सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्म दोन टप्प्यांत कोरली पाहिजे.

 

3. प्रतिक्रियाशील आयन एचिंग (आरआयई किंवा फिजिओकेमिकल एचिंग) प्रक्रिया

 

आकृती 3. प्रतिक्रियाशील आयन एचिंगचे फायदे (ॲनिसोट्रॉपी आणि उच्च एचिंग दर)

 

प्लाझ्मामध्ये आयसोट्रॉपिक फ्री रॅडिकल्स आणि ॲनिसोट्रॉपिक केशन दोन्ही असतात, मग ते ॲनिसोट्रॉपिक एचिंग कसे करते?

प्लाझ्मा ड्राय एचिंग हे प्रामुख्याने रिऍक्टिव्ह आयन एचिंग (आरआयई, रिऍक्टिव्ह आयन एचिंग) किंवा या पद्धतीवर आधारित ऍप्लिकेशन्सद्वारे केले जाते. आरआयई पद्धतीचा गाभा म्हणजे फिल्ममधील लक्ष्य रेणूंमधील बंधनकारक शक्ती ॲनिसोट्रॉपिक केशन्ससह एचिंग क्षेत्रावर हल्ला करून कमकुवत करणे. कमकुवत क्षेत्र मुक्त रॅडिकल्सद्वारे शोषले जाते, थर बनवणार्या कणांसह एकत्रित होते, वायूमध्ये (अस्थिर संयुगे) रूपांतरित होते आणि सोडले जाते.

जरी मुक्त रॅडिकल्समध्ये समस्थानिक वैशिष्ट्ये आहेत, तरीही तळाशी पृष्ठभाग बनवणारे रेणू (ज्यांची बंधनकारक शक्ती केशन्सच्या हल्ल्यामुळे कमकुवत होते) मुक्त रॅडिकल्सद्वारे अधिक सहजपणे पकडले जातात आणि मजबूत बंधनकारक शक्ती असलेल्या बाजूच्या भिंतींपेक्षा नवीन संयुगांमध्ये रूपांतरित होतात. त्यामुळे, डाऊनवर्ड एचिंग मुख्य प्रवाहात बनते. कॅप्चर केलेले कण मुक्त रॅडिकल्ससह वायू बनतात, जे व्हॅक्यूमच्या कृती अंतर्गत पृष्ठभागातून शोषले जातात आणि सोडले जातात.

 

यावेळी, भौतिक क्रियेद्वारे प्राप्त होणारे केशन्स आणि रासायनिक क्रियेद्वारे प्राप्त केलेले मुक्त रॅडिकल्स भौतिक आणि रासायनिक कोरीव कामासाठी एकत्रित केले जातात आणि कोरीव दर (एच रेट, ठराविक कालावधीत कोरीव कामाची डिग्री) 10 पटीने वाढतात. केवळ कॅशनिक एचिंग किंवा फ्री रॅडिकल एचिंगच्या बाबतीत तुलना केली जाते. ही पद्धत केवळ ॲनिसोट्रॉपिक डाऊनवर्ड एचिंगचे एचिंग रेट वाढवू शकत नाही, तर एचिंगनंतर पॉलिमर अवशेषांची समस्या देखील सोडवू शकते. या पद्धतीला रिॲक्टिव्ह आयन एचिंग (RIE) म्हणतात. आरआयई एचिंगच्या यशाची गुरुकिल्ली म्हणजे फिल्म एचिंगसाठी योग्य प्लाझ्मा स्त्रोत वायू शोधणे. टीप: प्लाझ्मा एचिंग हे आरआयई एचिंग आहे आणि दोन्ही समान संकल्पना मानल्या जाऊ शकतात.

 

4. इच रेट आणि कोर परफॉर्मन्स इंडेक्स

 

आकृती 4. कोर ईच परफॉर्मन्स इंडेक्स ईच रेटशी संबंधित

 

इच रेट चित्रपटाच्या खोलीचा संदर्भ देते जे एका मिनिटात पोहोचणे अपेक्षित आहे. तर याचा अर्थ काय आहे की एकाच वेफरवर नक्षीचा दर भागानुसार बदलतो?

याचा अर्थ वेफरवर खोदण्याची खोली वेगवेगळ्या भागांमध्ये बदलते. या कारणास्तव, शेवटचा बिंदू (EOP) सेट करणे खूप महत्वाचे आहे जेथे कोरीव काम थांबले पाहिजे सरासरी एच रेट आणि खोदकाम खोली. जरी EOP सेट केले असले तरीही, अजूनही काही क्षेत्रे आहेत जिथे खोदकामाची खोली मूळ नियोजितपेक्षा खोल (ओव्हर-एच्ड) किंवा कमी (अंडर-एच्ड) आहे. तथापि, कोरीवकाम करताना ओव्हर-एचिंगपेक्षा अंडर-एचिंगमुळे जास्त नुकसान होते. कारण अंडर-एचिंगच्या बाबतीत, अंडर-एच केलेला भाग आयन इम्प्लांटेशनसारख्या पुढील प्रक्रियेस अडथळा आणतो.

दरम्यान, निवडकता (एच दराने मोजली जाणारी) हे एचिंग प्रक्रियेचे प्रमुख कार्यप्रदर्शन सूचक आहे. मापन मानक मास्क लेयर (फोटोरिस्ट फिल्म, ऑक्साईड फिल्म, सिलिकॉन नायट्राइड फिल्म इ.) आणि लक्ष्य लेयरच्या एच रेटच्या तुलनेत आधारित आहे. याचा अर्थ असा की निवडकता जितकी जास्त असेल तितक्या वेगाने लक्ष्य स्तर कोरला जाईल. सूक्ष्मीकरणाची पातळी जितकी उच्च असेल तितकी उच्च निवडकता आवश्यक आहे हे सुनिश्चित करण्यासाठी की बारीक नमुने उत्तम प्रकारे सादर केले जाऊ शकतात. एचिंगची दिशा सरळ असल्याने, कॅशनिक एचिंगची निवडकता कमी असते, तर रॅडिकल एचिंगची निवडकता जास्त असते, ज्यामुळे RIE ची निवडकता सुधारते.

 

5. एचिंग प्रक्रिया

 

आकृती 5. एचिंग प्रक्रिया

 

प्रथम, वेफरला ऑक्सिडेशन भट्टीत 800 आणि 1000 डिग्री सेल्सियस तापमान राखून ठेवले जाते आणि नंतर कोरड्या पद्धतीने वेफरच्या पृष्ठभागावर उच्च इन्सुलेशन गुणधर्म असलेली सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2) फिल्म तयार केली जाते. पुढे, रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD)/भौतिक वाष्प निक्षेप (PVD) द्वारे ऑक्साईड फिल्मवर सिलिकॉन स्तर किंवा प्रवाहकीय थर तयार करण्यासाठी डिपॉझिशन प्रक्रिया प्रविष्ट केली जाते. जर सिलिकॉनचा थर तयार झाला तर आवश्यक असल्यास चालकता वाढवण्यासाठी अशुद्धता प्रसार प्रक्रिया केली जाऊ शकते. अशुद्धता प्रसार प्रक्रियेदरम्यान, अनेक अशुद्धता वारंवार जोडल्या जातात.

यावेळी, कोरीव कामासाठी इन्सुलेटिंग लेयर आणि पॉलिसिलिकॉन लेयर एकत्र केले पाहिजेत. प्रथम, फोटोरेसिस्ट वापरला जातो. त्यानंतर, फोटोरेसिस्ट फिल्मवर मुखवटा लावला जातो आणि फोटोरेसिस्ट फिल्मवर इच्छित नमुना (नग्न डोळ्यांना अदृश्य) छापण्यासाठी विसर्जन करून ओले एक्सपोजर केले जाते. जेव्हा पॅटर्नची रूपरेषा विकासाद्वारे प्रकट होते, तेव्हा प्रकाशसंवेदनशील क्षेत्रातील फोटोरेसिस्ट काढून टाकला जातो. त्यानंतर, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेद्वारे प्रक्रिया केलेले वेफर कोरड्या कोरीव कामासाठी नक्षी प्रक्रियेमध्ये हस्तांतरित केले जाते.

कोरडे कोरीव काम मुख्यत्वे रिॲक्टिव्ह आयन एचिंग (RIE) द्वारे केले जाते, ज्यामध्ये प्रत्येक फिल्मसाठी योग्य स्त्रोत वायू बदलून मुख्यत: एचिंगची पुनरावृत्ती केली जाते. ड्राय एचिंग आणि वेट एचिंग या दोन्हीचा हेतू एचिंगचे गुणोत्तर (A/R मूल्य) वाढवणे आहे. याव्यतिरिक्त, छिद्राच्या तळाशी जमा झालेले पॉलिमर काढून टाकण्यासाठी नियमित साफसफाई करणे आवश्यक आहे (खोदकामाने तयार केलेले अंतर). महत्त्वाचा मुद्दा असा आहे की सर्व व्हेरिएबल्स (जसे की सामग्री, स्त्रोत वायू, वेळ, फॉर्म आणि अनुक्रम) सेंद्रियपणे समायोजित केले जावे जेणेकरून क्लिनिंग सोल्यूशन किंवा प्लाझ्मा स्त्रोत वायू खाली खंदकाच्या तळाशी वाहू शकेल. व्हेरिएबलमध्ये थोडासा बदल करण्यासाठी इतर व्हेरिएबल्सची पुनर्गणना आवश्यक आहे आणि ही पुनर्गणना प्रक्रिया प्रत्येक टप्प्याचा उद्देश पूर्ण होईपर्यंत पुनरावृत्ती केली जाते. अलीकडे, अणू स्तर डिपॉझिशन (ALD) स्तरांसारखे मोनोॲटॉमिक स्तर पातळ आणि कठोर झाले आहेत. म्हणून, एचिंग तंत्रज्ञान कमी तापमान आणि दाबांच्या वापराकडे जात आहे. कोरीवकाम प्रक्रियेचे उद्दिष्ट सूक्ष्म नमुने तयार करण्यासाठी गंभीर परिमाण (CD) नियंत्रित करणे आणि एचिंग प्रक्रियेमुळे उद्भवणाऱ्या समस्या, विशेषतः अंडर-एचिंग आणि अवशेष काढण्याशी संबंधित समस्या टाळल्या जातात याची खात्री करणे हे आहे. एचिंगवरील वरील दोन लेखांचा उद्देश वाचकांना एचिंग प्रक्रियेचा उद्देश, वरील उद्दिष्टे साध्य करण्यात येणारे अडथळे आणि अशा अडथळ्यांवर मात करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कार्यप्रदर्शन निर्देशकांची समज प्रदान करणे आहे.