අර්ධ සන්නායක රටා සැකසීමේ ක්‍රියාවලිය ප්‍රවාහ කැටයම් කිරීම

මුල් තෙත් කැටයම් පිරිසිදු කිරීමේ හෝ අළු කිරීමේ ක්රියාවලීන් වර්ධනය කිරීම ප්රවර්ධනය කරයි. අද වන විට ප්ලාස්මා භාවිතයෙන් වියළි කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන ධාරාව බවට පත්ව ඇතකැටයම් ක්රියාවලිය. ප්ලාස්මා ඉලෙක්ට්‍රෝන, කැටායන සහ රැඩිකල් වලින් සමන්විත වේ. ප්ලාස්මාවට යොදන ශක්තිය මධ්‍යස්ථ තත්වයක ඇති ප්‍රභව වායුවේ පිටතම ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් කිරීමට හේතු වන අතර එමඟින් මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන කැටායන බවට පරිවර්තනය වේ.

මීට අමතරව, විද්‍යුත් උදාසීන රැඩිකලුන් සෑදීමට ශක්තිය යෙදීමෙන් අණුවල ඇති අසම්පූර්ණ පරමාණු ඉවත් කළ හැකිය. වියළි කැටයම් කිරීම ප්ලාස්මා සෑදෙන කැටායන සහ රැඩිකලුන් භාවිතා කරයි, එහිදී කැටායන ඇනිසොට්‍රොපික් (යම් දිශාවකට කැටයම් කිරීම සඳහා සුදුසු) සහ රැඩිකලුන් සමස්ථානික (සියලු දිශාවලට කැටයම් කිරීම සඳහා සුදුසු) වේ. රැඩිකල් සංඛ්යාව කැටායන ගණනට වඩා බෙහෙවින් වැඩි ය. මෙම අවස්ථාවේ දී, වියළි කැටයම් තෙත් කැටයම් වැනි සමස්ථානික විය යුතුය.

කෙසේ වෙතත්, එය අතිශය කුඩා පරිපථ ඇති කළ හැකි වියළි කැටයම්වල ඇනිසොට්‍රොපික් කැටයම් වේ. මෙයට හේතුව කුමක්ද? මීට අමතරව, කැටායන සහ රැඩිකල්වල කැටයම් කිරීමේ වේගය ඉතා මන්දගාමී වේ. එසේනම් මෙම අඩුපාඩුව හමුවේ මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනයට ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීමේ ක්‍රම යෙදිය හැක්කේ කෙසේද?

 

1. දර්ශන අනුපාතය (A/R)

 

රූපය 1. දර්ශන අනුපාතය පිළිබඳ සංකල්පය සහ එය මත තාක්ෂණික ප්රගතියේ බලපෑම

 

දර්ශන අනුපාතය යනු තිරස් පළල සහ සිරස් උස (එනම් උස පළලින් බෙදීම) අනුපාතයයි. පරිපථයේ විවේචනාත්මක මානය (CD) කුඩා වන තරමට දර්ශන අනුපාත අගය විශාල වේ. එනම්, දර්ශන අනුපාත අගය 10 සහ පළල 10nm ලෙස උපකල්පනය කළහොත්, කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී විදින සිදුරේ උස 100nm විය යුතුය. එබැවින්, අල්ට්‍රා-කුඩාකරණය (2D) හෝ ඉහළ ඝනත්වය (3D) අවශ්‍ය වන ඊළඟ පරම්පරාවේ නිෂ්පාදන සඳහා, කැටායන කැටයම් කිරීමේදී පහළ පටලයට විනිවිද යාමට හැකි බව සහතික කිරීම සඳහා අතිශය ඉහළ දර්ශන අනුපාත අගයන් අවශ්‍ය වේ.

 

2D නිෂ්පාදනවල 10nm ට අඩු තීරනාත්මක මානයක් සහිත අති-කුඩාකරණ තාක්ෂණය සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා ගතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයේ (DRAM) ධාරිත්‍රක දර්ශන අනුපාත අගය 100 ට වඩා ඉහළින් පවත්වා ගත යුතුය. එලෙසම, 3D NAND ෆ්ලෑෂ් මතකයට ද ඉහළ දර්ශන අනුපාත අගයන් අවශ්‍ය වේ. ස්තර 256ක් හෝ ඊට වැඩි සෛල ගොඩගැසීමේ ස්තර ගොඩගැසීමට. වෙනත් ක්‍රියාවලීන් සඳහා අවශ්‍ය කොන්දේසි සපුරා තිබුණද, අවශ්‍ය නිෂ්පාදන නිෂ්පාදනය කළ නොහැකකැටයම් ක්රියාවලියප්‍රමිතියෙන් තොරයි. මේ නිසා Eching තාක්ෂණය වඩ වඩාත් වැදගත් වෙමින් පවතී.

 

2. ප්ලාස්මා කැටයම් පිළිබඳ දළ විශ්ලේෂණය

 

රූපය 2. චිත්රපට වර්ගය අනුව ප්ලාස්මා මූලාශ්ර වායුව තීරණය කිරීම

 

හිස් පයිප්පයක් භාවිතා කරන විට, නල විෂ්කම්භය පටු වන අතර, ඊනියා කේශනාලිකා සංසිද්ධිය වන දියරයට ඇතුල් වීමට පහසු වේ. කෙසේ වෙතත්, නිරාවරණය වූ ප්රදේශයේ සිදුරක් (සංවෘත කෙළවර) සිදුරු කිරීමට නම්, දියරයේ ආදානය තරමක් අපහසු වේ. එබැවින්, 1970 ගණන්වල මැද භාගයේදී පරිපථයේ තීරණාත්මක ප්‍රමාණය 3um සිට 5um දක්වා වූ බැවින්, වියළිකැටයම් කිරීමප්‍රධාන ධාරාව ලෙස තෙත් කැටයම් ක්‍රමයෙන් ප්‍රතිස්ථාපනය කර ඇත. එනම්, අයනීකෘත වුවද, තනි අණුවක පරිමාව කාබනික බහු අවයවීය ද්‍රාවණ අණුවක පරිමාවට වඩා කුඩා බැවින් ගැඹුරු සිදුරු විනිවිද යාම පහසුය.

ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීමේදී, අදාළ ස්තරයට සුදුසු ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුව එන්නත් කිරීමට පෙර, කැටයම් කිරීම සඳහා භාවිතා කරන සැකසුම් කුටියේ අභ්‍යන්තරය රික්ත තත්ත්වයකට සකස් කළ යුතුය. ඝන ඔක්සයිඩ් පටල කැටයම් කිරීමේදී, ශක්තිමත් කාබන් ෆ්ලෝරයිඩ් පදනම් වූ මූලාශ්ර වායු භාවිතා කළ යුතුය. සාපේක්ෂව දුර්වල සිලිකන් හෝ ලෝහ පටල සඳහා, ක්ලෝරීන් මත පදනම් වූ ප්ලාස්මා මූලාශ්ර වායු භාවිතා කළ යුතුය.

එසේනම්, ද්වාර ස්තරය සහ යටින් පවතින සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් (SiO2) පරිවාරක තට්ටුව කැටයම් කළ යුත්තේ කෙසේද?

පළමුව, ද්වාර ස්තරය සඳහා, පොලිසිලිකන් කැටයම් තේරීමක් සහිත ක්ලෝරීන් මත පදනම් වූ ප්ලාස්මා (සිලිකන් + ක්ලෝරීන්) භාවිතයෙන් සිලිකන් ඉවත් කළ යුතුය. පහළ පරිවාරක ස්තරය සඳහා, සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් පටලය කාබන් ෆ්ලෝරයිඩ් මත පදනම් වූ ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුවක් (සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් + කාබන් ටෙට්‍රාෆ්ලෝරයිඩ්) භාවිතා කරමින් පියවර දෙකකින් කැටයම් කළ යුතුය.

 

3. ප්රතික්රියාශීලී අයන කැටයම් (RIE හෝ භෞතික රසායනික කැටයම්) ක්රියාවලිය

 

රූප සටහන 3. ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් කිරීමේ වාසි (ඇනිසොට්‍රොපි සහ ඉහළ කැටයම් අනුපාතය)

 

ප්ලාස්මා සමස්ථානික නිදහස් රැඩිකලුන් සහ ඇනිසොට්‍රොපික් කැටායන යන දෙකම අඩංගු වේ, එසේ නම් එය ඇනිසොට්‍රොපික් කැටයම් කිරීම සිදු කරන්නේ කෙසේද?

ප්ලාස්මා වියළි කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන වශයෙන් සිදු කරනු ලබන්නේ ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් කිරීම (RIE, ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන Etching) හෝ මෙම ක්‍රමය මත පදනම් වූ යෙදුම් මගිනි. RIE ක්‍රමයේ හරය වන්නේ ඇනිසොට්‍රොපික් කැටායන සමඟ කැටයම් කරන ප්‍රදේශයට පහර දීමෙන් චිත්‍රපටයේ ඉලක්ක අණු අතර බන්ධන බලය දුර්වල කිරීමයි. දුර්වල වූ ප්රදේශය නිදහස් රැඩිකලුන් විසින් අවශෝෂණය කර, ස්ථරය සෑදෙන අංශු සමඟ ඒකාබද්ධ කර, වායුව (වාෂ්පශීලී සංයෝගයක්) බවට පරිවර්තනය කර මුදා හරිනු ලැබේ.

නිදහස් රැඩිකලුන් සමස්ථානික ලක්ෂණ ඇතත්, පහළ මතුපිට සෑදෙන අණු (කැටායන ප්‍රහාරයෙන් බන්ධන බලය දුර්වල වේ) නිදහස් රැඩිකලුන් විසින් වඩාත් පහසුවෙන් ග්‍රහණය කර ශක්තිමත් බන්ධන බලයක් සහිත පැති බිත්තිවලට වඩා නව සංයෝග බවට පරිවර්තනය වේ. එබැවින්, පහළට කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන ධාරාව බවට පත්වේ. ග්‍රහණය කරගත් අංශු නිදහස් රැඩිකලුන් සමඟ වායුව බවට පත්වන අතර ඒවා රික්තකයේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ විනාශ වී මතුපිටින් මුදා හරිනු ලැබේ.

 

මෙම අවස්ථාවේදී, භෞතික හා රසායනික කැටයම් කිරීම සඳහා භෞතික ක්‍රියාවෙන් ලබා ගන්නා කැටායන සහ රසායනික ක්‍රියාවෙන් ලබා ගන්නා නිදහස් රැඩිකලුන් ඒකාබද්ධ වන අතර, කැටයම් අනුපාතය (Etch Rate, නිශ්චිත කාල සීමාවක් තුළ කැටයම් කිරීමේ ප්‍රමාණය) 10 ගුණයකින් වැඩි වේ. කැටායන කැටයම් කිරීම හෝ නිදහස් රැඩිකල් කැටයම් කිරීම පමණක් සමඟ සසඳන විට. මෙම ක්‍රමය මඟින් ඇනිසොට්‍රොපික් පහළට කැටයම් කිරීමේ සීඝ්‍රතාවය වැඩි කිරීමට පමණක් නොව, එතීමකින් පසු පොලිමර් අවශේෂ පිළිබඳ ගැටළුව විසඳිය හැකිය. මෙම ක්‍රමය ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන එතීම (RIE) ලෙස හැඳින්වේ. RIE කැටයම් කිරීමේ සාර්ථකත්වය සඳහා යතුර වන්නේ චිත්‍රපටය කැටයම් කිරීම සඳහා සුදුසු ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුවක් සොයා ගැනීමයි. සටහන: ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම යනු RIE කැටයම් කිරීම වන අතර, දෙකම එකම සංකල්පයක් ලෙස සැලකිය හැකිය.

 

4. Etch Rate සහ Core Performance Index

 

රූපය 4. Etch අනුපාතයට අදාළ මූලික Etch කාර්ය සාධන දර්ශකය

 

Etch rate යනු මිනිත්තුවකින් ළඟා වීමට අපේක්ෂා කරන චිත්‍රපටයේ ගැඹුරයි. එසේනම් එක් වේෆරයක් මත එට්ච් අනුපාතය කොටසින් කොටසට වෙනස් වේ යන්නෙන් අදහස් කරන්නේ කුමක්ද?

මෙයින් අදහස් කරන්නේ වේෆරයේ කොටසින් කොටසට කැටයම් ගැඹුර වෙනස් වන බවයි. මෙම හේතුව නිසා, සාමාන්‍ය කැටයම් අනුපාතය සහ කැටයම් ගැඹුර සලකා බැලීමෙන් කැටයම් කිරීම නැවැත්විය යුතු අවසාන ලක්ෂ්‍යය (EOP) සැකසීම ඉතා වැදගත් වේ. EOP සකසා ඇතත්, මුලින් සැලසුම් කළ ප්‍රමාණයට වඩා කැටයම් ගැඹුර ගැඹුරු (අධික ලෙස කැටයම් කර ඇති) හෝ නොගැඹුරු (අඩු කැටයම් කර ඇති) සමහර ප්‍රදේශ තවමත් තිබේ. කෙසේ වෙතත්, කැටයම් කිරීමේදී අධික ලෙස කැටයම් කිරීමට වඩා අඩු කැටයම් වැඩි හානියක් සිදු කරයි. මක්නිසාද යත්, යටින් කැටයම් කිරීමේදී, යටි කැටයම් කළ කොටස අයන තැන්පත් කිරීම වැනි පසුකාලීන ක්‍රියාවලීන්ට බාධාවක් වන බැවිනි.

මේ අතර, තේරීම (etch අනුපාතය මගින් මනිනු ලැබේ) යනු කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේ ප්‍රධාන කාර්ය සාධන දර්ශකයකි. මිනුම් ප්‍රමිතිය පදනම් වන්නේ මාස්ක් ස්ථරයේ (ඡායාරූපීකරණ පටල, ඔක්සයිඩ් පටල, සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් පටල, ආදිය) සහ ඉලක්කගත ස්ථරයේ අකුරු අනුපාතය සංසන්දනය කිරීම මතය. මෙයින් අදහස් කරන්නේ තෝරා ගැනීමේ හැකියාව වැඩි වන තරමට ඉලක්ක ස්තරය වේගවත් වන බවයි. කුඩාකරණයේ ඉහළ මට්ටම, තෝරා ගැනීමේ අවශ්‍යතාවය වැඩි වන්නේ සියුම් රටා මනාව ඉදිරිපත් කළ හැකි බව සහතික කිරීමයි. කැටීමේ දිශාව සෘජු බැවින්, කැටායන කැටයම්වල තේරීම අඩු වන අතර, රැඩිකල් කැටයම්වල තේරීම ඉහළ බැවින්, එය RIE හි තේරීම වැඩි දියුණු කරයි.

 

5. කැටයම් කිරීමේ ක්රියාවලිය

 

රූපය 5. කැටයම් කිරීමේ ක්රියාවලිය

 

පළමුව, වේෆරය 800 සහ 1000℃ අතර උෂ්ණත්වයක් පවත්වා ගෙන යන ඔක්සිකරණ උදුනක තබා, පසුව වියළි ක්‍රමයකින් වේෆරයේ මතුපිට ඉහළ පරිවාරක ගුණ සහිත සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් (SiO2) පටලයක් සාදනු ලැබේ. ඊළඟට, රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම (CVD)/භෞතික වාෂ්ප තැන්පත් වීම (PVD) මගින් ඔක්සයිඩ් පටලය මත සිලිකන් ස්ථරයක් හෝ සන්නායක තට්ටුවක් සෑදීමට තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියට ඇතුල් වේ. සිලිකන් තට්ටුවක් සෑදී ඇත්නම්, අවශ්ය නම්, සන්නායකතාව වැඩි කිරීම සඳහා අපිරිසිදු විසරණ ක්රියාවලියක් සිදු කළ හැකිය. අපිරිසිදු විසරණය ක්‍රියාවලියේදී, බහු අපද්‍රව්‍ය බොහෝ විට නැවත නැවතත් එකතු වේ.

මෙම අවස්ථාවේදී, පරිවාරක තට්ටුව සහ පොලිසිලිකන් ස්ථරය කැටයම් කිරීම සඳහා ඒකාබද්ධ කළ යුතුය. පළමුව, photoresist භාවිතා වේ. පසුව, ෆොටෝරෙස්ට් පටලය මත වෙස් මුහුණක් තබා ඇති අතර තෙත් නිරාවරණය ගිල්වීමෙන් සිදු කරනු ලබන අතර, ඡායාරූප ප්රතිරෝධක චිත්රපටය මත අපේක්ෂිත රටාව (පියවි ඇසට නොපෙනෙන) මුද්රණය කරයි. රටා දළ සටහන සංවර්ධනය මගින් හෙළිදරව් කරන විට, ප්‍රභාසංවේදී ප්‍රදේශයේ ඇති ප්‍රභාකරනය ඉවත් කරනු ලැබේ. ඉන්පසුව, ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි ක්‍රියාවලිය මගින් සැකසූ වේෆර් වියළි කැටයම් කිරීම සඳහා කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියට මාරු කරනු ලැබේ.

වියළි කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන වශයෙන් සිදු කරනු ලබන්නේ ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් කිරීම (RIE) මගිනි. වියළි කැටයම් කිරීම සහ තෙත් කැටයම් කිරීම යන දෙකම අරමුණු කරන්නේ එතීමේ දර්ශන අනුපාතය (A/R අගය) වැඩි කිරීමයි. මීට අමතරව, කුහරයේ පතුලේ සමුච්චිත පොලිමර් ඉවත් කිරීම සඳහා නිතිපතා පිරිසිදු කිරීම අවශ්ය වේ (කැටීම් මගින් පිහිටුවන ලද පරතරය). වැදගත් කරුණ නම් පිරිසිදු කිරීමේ ද්‍රාවණය හෝ ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුව අගලේ පතුලට ගලා යා හැකි බව සහතික කිරීම සඳහා සියලුම විචල්‍යයන් (ද්‍රව්‍ය, ප්‍රභව වායුව, කාලය, ආකෘතිය සහ අනුපිළිවෙල වැනි) ඓන්ද්‍රීයව සකස් කළ යුතුය. විචල්‍යයක සුළු වෙනසක් සඳහා වෙනත් විචල්‍යයන් නැවත ගණනය කිරීම අවශ්‍ය වන අතර, මෙම නැවත ගණනය කිරීමේ ක්‍රියාවලිය එක් එක් අදියරෙහි අරමුණ සපුරාලන තෙක් නැවත නැවතත් සිදු කෙරේ. මෑතකදී, පරමාණුක ස්ථර තැන්පත් (ALD) ස්ථර වැනි ඒකපරමාණුක ස්ථර තුනී හා දැඩි වී ඇත. එබැවින්, Eching තාක්ෂණය අඩු උෂ්ණත්ව හා පීඩන භාවිතය දෙසට ගමන් කරයි. කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේ අරමුණ වන්නේ සියුම් රටා නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා විවේචනාත්මක මානය (CD) පාලනය කිරීම සහ කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය නිසා ඇති වන ගැටළු වළක්වා ගැනීම සහතික කිරීම, විශේෂයෙන් අඩු කැටයම් සහ අපද්‍රව්‍ය ඉවත් කිරීම සම්බන්ධ ගැටළු. කැටයම් ක්‍රියාවලියේ අරමුණ, ඉහත අරමුණු සාක්ෂාත් කර ගැනීමට ඇති බාධාවන් සහ එවැනි බාධක ජය ගැනීමට භාවිතා කරන කාර්ය සාධන දර්ශක පිළිබඳව පාඨකයන්ට අවබෝධයක් ලබා දීම කැටයම් කිරීම පිළිබඳ ඉහත ලිපි දෙකේ අරමුණයි.