अर्धचालक ढाँचा प्रक्रिया प्रवाह नक्काशी

प्रारम्भिक भिजेको नक्काशीले सफाई वा खरानी प्रक्रियाको विकासलाई बढावा दियो। आज, प्लाज्मा प्रयोग गरेर सुख्खा नक्काशी मुख्यधारा भएको छनक्काशी प्रक्रिया। प्लाज्मामा इलेक्ट्रोन, क्यासन र रेडिकलहरू हुन्छन्। प्लाज्मामा लागू गरिएको ऊर्जाले स्रोत ग्याँसको बाहिरी इलेक्ट्रोनहरूलाई तटस्थ अवस्थामा निकाल्छ, जसले गर्दा यी इलेक्ट्रोनहरूलाई क्यासनहरूमा रूपान्तरण गर्दछ।

थप रूपमा, अणुहरूमा अपूर्ण परमाणुहरूलाई विद्युतीय तटस्थ रेडिकलहरू बनाउन ऊर्जा प्रयोग गरेर हटाउन सकिन्छ। ड्राई एचिङले प्लाज्मा बनाउने क्यासनहरू र रेडिकलहरू प्रयोग गर्दछ, जहाँ क्याशनहरू एनिसोट्रोपिक हुन्छन् (एक निश्चित दिशामा नक्काशीका लागि उपयुक्त) र रेडिकलहरू आइसोट्रोपिक हुन्छन् (सबै दिशाहरूमा नक्कानको लागि उपयुक्त)। रेडिकलहरूको संख्या क्याशनहरूको संख्या भन्दा धेरै ठूलो छ। यस अवस्थामा, सुक्खा नक्काशी भिजेको नक्काशी जस्तै आइसोट्रोपिक हुनुपर्छ।

यद्यपि, यो ड्राई इचिंगको एनिसोट्रोपिक नक्काशी हो जसले अल्ट्रा-मिनिएचुराइज्ड सर्किटहरू सम्भव बनाउँदछ। यसको कारण के हो ? थप रूपमा, क्याशन र रेडिकलहरूको नक्काशी गति धेरै सुस्त छ। त्यसोभए हामी यो कमीको सामनामा ठूलो उत्पादनमा प्लाज्मा नक्काशी विधिहरू कसरी लागू गर्न सक्छौं?

 

1. पक्ष अनुपात (A/R)

 

चित्र १. पक्ष अनुपातको अवधारणा र यसमा प्राविधिक प्रगतिको प्रभाव

 

पक्ष अनुपात तेर्सो चौडाइ र ठाडो उचाइको अनुपात हो (अर्थात्, उचाइ चौडाइले विभाजित)। सर्किटको क्रिटिकल डाइमेन्सन (CD) जति सानो हुन्छ, एस्पेक्ट रेसियो मान उति ठूलो हुन्छ। अर्थात्, 10 को पक्ष अनुपात मान र 10nm चौडाइ मानेर, नक्काशी प्रक्रियाको क्रममा ड्रिल गरिएको प्वालको उचाइ 100nm हुनुपर्छ। तसर्थ, अल्ट्रा-मिनिएचुराइजेसन (2D) वा उच्च घनत्व (3D) को आवश्यकता पर्ने अर्को पुस्ताका उत्पादनहरूका लागि, नक्काशीको समयमा क्याशनहरू तलको फिल्ममा छिर्न सक्छ भनी सुनिश्चित गर्न अत्यधिक उच्च पक्ष अनुपात मानहरू आवश्यक हुन्छ।

 

2D उत्पादनहरूमा 10nm भन्दा कमको महत्वपूर्ण आयामको साथ अल्ट्रा-मिनिएचुराइजेसन टेक्नोलोजी प्राप्त गर्न, डायनामिक र्यान्डम एक्सेस मेमोरी (DRAM) को क्यापेसिटर एस्पेक्ट रेसियो मान 100 भन्दा माथि राख्नुपर्छ। त्यस्तै गरी, 3D NAND फ्ल्यास मेमोरीलाई पनि उच्च पक्ष अनुपात मानहरू चाहिन्छ। 256 तहहरू वा सेल स्ट्याकिंग तहहरूको थप स्ट्याक गर्न। अन्य प्रक्रियाहरूको लागि आवश्यक सर्तहरू पूरा भए पनि, आवश्यक उत्पादनहरू उत्पादन गर्न सकिँदैन भनेनक्काशी प्रक्रियामापदण्ड अनुसारको छैन । यही कारणले गर्दा नक्काशी प्रविधि झन् महत्त्वपूर्ण हुँदै गइरहेको छ।

 

2. प्लाज्मा नक्काशी को सिंहावलोकन

 

चित्र २. फिल्म प्रकार अनुसार प्लाज्मा स्रोत ग्यास निर्धारण गर्दै

 

जब खोक्रो पाइप प्रयोग गरिन्छ, पाइपको व्यास जति साँघुरो हुन्छ, तरल पदार्थ प्रवेश गर्न सजिलो हुन्छ, जुन तथाकथित केशिका घटना हो। यद्यपि, यदि खुला ठाउँमा प्वाल (बन्द छेउ) ड्रिल गर्न सकिन्छ भने, तरलको इनपुट एकदम गाह्रो हुन्छ। तसर्थ, सन् १९७० को मध्यमा सर्किटको क्रिटिकल साइज 3um देखि 5um सम्म भएकोले, सुख्खानक्काशीबिस्तारै भिजेको नक्काशीलाई मुख्यधारको रूपमा प्रतिस्थापन गरेको छ। अर्थात्, आयनीकृत भए पनि, गहिरो प्वालहरू छिर्न सजिलो छ किनभने एकल अणुको आयतन कार्बनिक पोलिमर समाधान अणुको भन्दा सानो हुन्छ।

प्लाज्मा नक्काशीको समयमा, नक्काशीको लागि प्रयोग गरिएको प्रशोधन कक्षको भित्री भागलाई उपयुक्त तहको लागि उपयुक्त प्लाज्मा स्रोत ग्यास इन्जेक्सन गर्नु अघि भ्याकुम अवस्थामा समायोजन गर्नुपर्छ। ठोस अक्साइड फिल्महरू नक्काशी गर्दा, बलियो कार्बन फ्लोराइड-आधारित स्रोत ग्यासहरू प्रयोग गर्नुपर्छ। अपेक्षाकृत कमजोर सिलिकन वा धातु फिल्महरूको लागि, क्लोरीन-आधारित प्लाज्मा स्रोत ग्यासहरू प्रयोग गर्नुपर्छ।

त्यसोभए, कसरी गेट तह र अन्तर्निहित सिलिकन डाइअक्साइड (SiO2) इन्सुलेट तह खोदिएको हुनुपर्छ?

पहिलो, गेट तहको लागि, सिलिकनलाई क्लोरीन-आधारित प्लाज्मा (सिलिकन + क्लोरीन) प्रयोग गरेर पोलिसिलिकन नक्काशी चयनताको साथ हटाउनु पर्छ। तलको इन्सुलेट तहको लागि, सिलिकन डाइअक्साइड फिलिमलाई कार्बन फ्लोराइडमा आधारित प्लाज्मा स्रोत ग्यास (सिलिकन डाइअक्साइड + कार्बन टेट्राफ्लोराइड) प्रयोग गरी दुई चरणहरूमा नक्काशीको छनोट र प्रभावकारितालाई बलियो बनाउनु पर्छ।

 

3. प्रतिक्रियात्मक आयन एचिंग (RIE वा भौतिक रासायनिक नक्काशी) प्रक्रिया

 

चित्र 3. प्रतिक्रियात्मक आयन नक्काशीका फाइदाहरू (एनिसोट्रोपी र उच्च नक्काशी दर)

 

प्लाज्मामा आइसोट्रोपिक फ्री रेडिकल र एनिसोट्रोपिक क्यासनहरू हुन्छन्, त्यसोभए यसले एनिसोट्रोपिक इचिङ कसरी गर्छ?

प्लाज्मा ड्राई इचिङ मुख्यतया रिएक्टिभ आयन इचिङ (RIE, Reactive Ion Etching) वा यस विधिमा आधारित अनुप्रयोगहरूद्वारा गरिन्छ। आरआईई विधिको मूल भनेको एनिसोट्रोपिक क्यासनहरूसँग नक्कली क्षेत्रलाई आक्रमण गरेर फिल्ममा लक्षित अणुहरू बीचको बाध्यकारी बललाई कमजोर पार्नु हो। कमजोर क्षेत्र मुक्त रेडिकलहरू द्वारा अवशोषित हुन्छ, तह बनाइएका कणहरूसँग मिलाएर, ग्यास (अस्थिर यौगिक) मा परिणत हुन्छ र छोडिन्छ।

यद्यपि फ्री रेडिकलहरूमा आइसोट्रोपिक विशेषताहरू हुन्छन्, तल्लो सतह (जसको बाइन्डिङ फोर्स क्याशनहरूको आक्रमणले कमजोर हुन्छ) बनाइएका अणुहरू सजिलैसँग मुक्त रेडिकलहरूद्वारा कब्जा हुन्छन् र बलियो बाइन्डिङ बलको साथ छेउको पर्खालहरू भन्दा नयाँ यौगिकहरूमा रूपान्तरण हुन्छन्। तसर्थ, डाउनवर्ड इचिंग मुख्य धारा बन्छ। क्याप्चर गरिएका कणहरू फ्री रेडिकलहरूको साथ ग्यास बन्छन्, जुन भ्याकुमको कार्य अन्तर्गत सतहबाट डिसोर्ब र रिलिज हुन्छन्।

 

यस समयमा, भौतिक क्रियाबाट प्राप्त क्यासनहरू र रासायनिक क्रियाद्वारा प्राप्त फ्रि रेडिकलहरू भौतिक र रासायनिक नक्काशीका लागि संयुक्त हुन्छन्, र नक्काशी दर (एच दर, निश्चित अवधिमा नक्काशीको डिग्री) १० गुणाले बढेको छ। Cationic Eching वा Free Radical Eching को मामला संग तुलना। यो विधिले एनिसोट्रोपिक डाउनवर्ड नक्काशीको नक्काशी दर मात्र बढाउन सक्दैन, तर नक्काशी पछि पोलिमर अवशेषको समस्या पनि समाधान गर्न सक्छ। यो विधिलाई प्रतिक्रियात्मक आयन एचिंग (RIE) भनिन्छ। आरआईई एचिंगको सफलताको कुञ्जी फिल्म नक्काशीको लागि उपयुक्त प्लाज्मा स्रोत ग्यास फेला पार्नु हो। नोट: प्लाज्मा नक्काशी RIE नक़्क़ाशी हो, र दुई एउटै अवधारणा मान्न सकिन्छ।

 

4. Etch दर र कोर प्रदर्शन सूचकांक

 

चित्र 4. कोर ईच प्रदर्शन सूचकांक ईच दरसँग सम्बन्धित

 

Etch दरले चलचित्रको गहिराईलाई जनाउँछ जुन एक मिनेटमा पुग्ने अपेक्षा गरिन्छ। त्यसोभए यसको मतलब के हो कि एच दर एकल वेफरमा भागबाट भागमा भिन्न हुन्छ?

यसको अर्थ वेफरमा नक्काशीको गहिराई भाग देखि भाग फरक हुन्छ। यस कारणको लागि, यो अन्त्य बिन्दु (EOP) सेट गर्न धेरै महत्त्वपूर्ण छ जहाँ नक्काशीको औसत दर र नक्काशी गहिराईलाई विचार गरेर रोकिनुपर्छ। EOP सेट गरिए पनि, त्यहाँ अझै पनि केहि क्षेत्रहरू छन् जहाँ नक्काशीको गहिराई मूल योजना भन्दा गहिरो (ओभर-एच्ड) वा कम (अन्ड-एच्ड) छ। यद्यपि, नक्काशीको समयमा ओभर-एचिङले भन्दा अन्डर-एचिङले बढी क्षति पुर्‍याउँछ। किनभने अन्डर-एचिंगको अवस्थामा, अन्डर-एच गरिएको भागले आयन प्रत्यारोपण जस्ता पछिका प्रक्रियाहरूमा बाधा पुर्‍याउँछ।

यसै बीच, चयनशीलता (एच दर द्वारा मापन) नक्काशी प्रक्रिया को एक प्रमुख प्रदर्शन सूचक हो। मापन मानक मास्क तह (फोटोरेसिस्ट फिल्म, अक्साइड फिल्म, सिलिकन नाइट्राइड फिल्म, आदि) र लक्ष्य तहको नक्काशी दरको तुलनामा आधारित छ। यसको अर्थ छ कि जति उच्च चयनशीलता हुन्छ, लक्ष्य तह उति छिटो कोरिन्छ। लघुकरणको स्तर जति उच्च हुन्छ, राम्रो ढाँचाहरू पूर्ण रूपमा प्रस्तुत गर्न सकिन्छ भन्ने कुरा सुनिश्चित गर्न चयनशीलताको उच्च आवश्यकता हुन्छ। नक्काशीको दिशा सीधा भएको हुनाले, क्यासनिक एचिङको चयनशीलता कम छ, जबकि कट्टरपन्थी नक्कलीको चयनशीलता उच्च छ, जसले RIE को चयनशीलता सुधार गर्दछ।

 

5. नक्काशी प्रक्रिया

 

चित्र 5. नक्काशी प्रक्रिया

 

पहिले, वेफरलाई 800 र 1000 ℃ बीचको तापक्रममा राखिएको अक्सिडेशन भट्टीमा राखिन्छ, र त्यसपछि उच्च इन्सुलेशन गुणहरू सहितको सिलिकन डाइअक्साइड (SiO2) फिल्म सुक्खा विधिद्वारा वेफरको सतहमा बनाइन्छ। अर्को, रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD)/भौतिक वाष्प निक्षेप (PVD) द्वारा अक्साइड फिल्ममा सिलिकन तह वा प्रवाहकीय तह बनाउन डिपोजिसन प्रक्रिया प्रविष्ट गरिन्छ। यदि सिलिकन तह बनाइन्छ भने, आवश्यक भएमा चालकता बढाउनको लागि अशुद्धता फैलाउने प्रक्रिया गर्न सकिन्छ। अशुद्धता फैलाउने प्रक्रियाको क्रममा, धेरै अशुद्धताहरू बारम्बार थपिन्छन्।

यस समयमा, इन्सुलेट तह र पोलिसिलिकन तह नक्काशीको लागि संयुक्त हुनुपर्छ। पहिलो, एक photoresist प्रयोग गरिन्छ। त्यसपछि, फोटोरेसिस्ट फिल्ममा मास्क राखिन्छ र फोटोरेसिस्ट फिल्ममा इच्छित ढाँचा (नाङ्गो आँखामा नदेखिने) छाप्न डुबाएर भिजेको एक्सपोजर गरिन्छ। जब ढाँचा रूपरेखा विकास द्वारा प्रकट हुन्छ, फोटोसेन्सिटिभ क्षेत्रमा फोटोरेसिस्ट हटाइन्छ। त्यसपछि, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियाद्वारा प्रशोधित वेफरलाई सुक्खा नक्काशीको लागि नक्काशी प्रक्रियामा स्थानान्तरण गरिन्छ।

सुक्खा नक्काशी मुख्यतया प्रतिक्रियात्मक आयन एचिंग (RIE) द्वारा गरिन्छ, जसमा मुख्यतया प्रत्येक फिल्मको लागि उपयुक्त स्रोत ग्यास प्रतिस्थापन गरेर नक्काशी दोहोर्याइएको छ। सुख्खा नक्काशी र भिजेको नक्काशी दुवैको उद्देश्य एचिङको पक्ष अनुपात (A/R मान) बढाउने हो। थप रूपमा, प्वालको तल्लो भागमा जम्मा भएको पोलिमर हटाउनको लागि नियमित सफाई आवश्यक हुन्छ (नक्काशीले बनाइएको अन्तर)। महत्त्वपूर्ण बिन्दु यो हो कि सबै चरहरू (जस्तै सामग्री, स्रोत ग्यास, समय, फारम र अनुक्रम) लाई सफा गर्ने समाधान वा प्लाज्मा स्रोत ग्यास खाडलको तलसम्म प्रवाह गर्न सकिन्छ भनेर सुनिश्चित गर्न जैविक रूपमा समायोजन गरिनु पर्छ। चरमा थोरै परिवर्तनको लागि अन्य चरहरूको पुन: गणना आवश्यक हुन्छ, र यो पुन: गणना प्रक्रिया प्रत्येक चरणको उद्देश्य पूरा नभएसम्म दोहोर्याइन्छ। भर्खरै, मोनोएटोमिक तहहरू जस्तै परमाणु तह निक्षेप (ALD) तहहरू पातलो र कडा हुँदै गएका छन्। तसर्थ, नक्काशी प्रविधि कम तापक्रम र दबाबको प्रयोग तर्फ अघि बढिरहेको छ। नक्काशी प्रक्रियाले राम्रो ढाँचाहरू उत्पादन गर्नको लागि महत्वपूर्ण आयाम (CD) लाई नियन्त्रण गर्ने र नक्काशी प्रक्रियाको कारणले गर्दा हुने समस्याहरू, विशेष गरी अन्डर-एचिङ र अवशेष हटाउने समस्याहरू बेवास्ता गर्ने सुनिश्चित गर्ने लक्ष्य राख्छ। नक्काशी सम्बन्धी माथिका दुई लेखहरूले पाठकहरूलाई नक्काशी प्रक्रियाको उद्देश्य, माथिका लक्ष्यहरू प्राप्त गर्नका अवरोधहरू, र त्यस्ता अवरोधहरू हटाउन प्रयोग गरिने कार्यसम्पादन सूचकहरूको बुझाइ प्रदान गर्ने उद्देश्य राखेका छन्।