செமிகண்டக்டர் பேட்டர்னிங் செயல்முறை ஓட்டம்-பொறித்தல்

ஆரம்பகால ஈரமான செதுக்கல் சுத்தம் அல்லது சாம்பல் செயல்முறைகளின் வளர்ச்சியை ஊக்குவித்தது. இன்று, பிளாஸ்மாவைப் பயன்படுத்தி உலர் பொறித்தல் பிரதானமாகிவிட்டதுபொறித்தல் செயல்முறை. பிளாஸ்மா எலக்ட்ரான்கள், கேஷன்கள் மற்றும் ரேடிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது. பிளாஸ்மாவில் பயன்படுத்தப்படும் ஆற்றல் மூல வாயுவின் வெளிப்புற எலக்ட்ரான்களை நடுநிலை நிலையில் அகற்றி, அதன் மூலம் இந்த எலக்ட்ரான்களை கேஷன்களாக மாற்றுகிறது.

கூடுதலாக, மூலக்கூறில் உள்ள அபூரண அணுக்கள் மின்சாரம் நடுநிலையான தீவிரவாதிகளை உருவாக்க ஆற்றலைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அகற்றப்படலாம். உலர் பொறித்தல் பிளாஸ்மாவை உருவாக்கும் கேஷன்கள் மற்றும் ரேடிக்கல்களைப் பயன்படுத்துகிறது, அங்கு கேஷன்கள் அனிசோட்ரோபிக் (ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் பொறிக்க ஏற்றது) மற்றும் தீவிரவாதிகள் ஐசோட்ரோபிக் (எல்லா திசைகளிலும் பொறிக்க ஏற்றது). கேஷன்களின் எண்ணிக்கையை விட தீவிரவாதிகளின் எண்ணிக்கை மிக அதிகம். இந்த வழக்கில், உலர்ந்த பொறித்தல் ஈரமான பொறித்தல் போன்ற ஐசோட்ரோபிக் இருக்க வேண்டும்.

இருப்பினும், உலர் எச்சிங்கின் அனிசோட்ரோபிக் பொறிப்புதான் அல்ட்ரா-மினியேட்டரைஸ் சர்க்யூட்களை சாத்தியமாக்குகிறது. இதற்கு என்ன காரணம்? கூடுதலாக, கேஷன்ஸ் மற்றும் ரேடிக்கல்களின் பொறித்தல் வேகம் மிகவும் மெதுவாக உள்ளது. இந்த குறைபாட்டை எதிர்கொண்டு வெகுஜன உற்பத்திக்கு பிளாஸ்மா பொறித்தல் முறைகளை எவ்வாறு பயன்படுத்தலாம்?

 

1. தோற்ற விகிதம் (A/R)

 

படம் 1. விகிதத்தின் கருத்து மற்றும் தொழில்நுட்ப முன்னேற்றத்தின் தாக்கம்

 

விகித விகிதம் என்பது கிடைமட்ட அகலத்திற்கும் செங்குத்து உயரத்திற்கும் உள்ள விகிதமாகும் (அதாவது உயரத்தால் வகுக்கப்படும் உயரம்). சுற்றுவட்டத்தின் முக்கியமான பரிமாணம் (CD) சிறியதாக இருந்தால், பெரிய விகித மதிப்பு. அதாவது, விகித மதிப்பு 10 மற்றும் 10nm அகலம் என்று வைத்துக் கொண்டால், பொறிக்கும் செயல்பாட்டின் போது துளையிடப்பட்ட துளையின் உயரம் 100nm ஆக இருக்க வேண்டும். எனவே, அல்ட்ரா-மினியேட்டரைசேஷன் (2D) அல்லது அதிக அடர்த்தி (3D) தேவைப்படும் அடுத்த தலைமுறை தயாரிப்புகளுக்கு, செதுக்கலின் போது கேஷன்கள் கீழே உள்ள படலத்தில் ஊடுருவுவதை உறுதிசெய்ய மிக உயர்ந்த விகித மதிப்புகள் தேவை.

 

2D தயாரிப்புகளில் 10nm க்கும் குறைவான முக்கியமான பரிமாணத்துடன் அல்ட்ரா-மினியேட்டரைசேஷன் தொழில்நுட்பத்தை அடைய, டைனமிக் ரேண்டம் அணுகல் நினைவகத்தின் (DRAM) மின்தேக்கி விகித மதிப்பு 100-க்கு மேல் பராமரிக்கப்பட வேண்டும். அதேபோல், 3D NAND ஃபிளாஷ் நினைவகத்திற்கும் அதிக விகித மதிப்புகள் தேவை. 256 அடுக்குகள் அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட செல் ஸ்டாக்கிங் அடுக்குகளை அடுக்கி வைக்க. பிற செயல்முறைகளுக்குத் தேவையான நிபந்தனைகள் பூர்த்தி செய்யப்பட்டாலும், தேவையான பொருட்களை உற்பத்தி செய்ய முடியாதுபொறித்தல் செயல்முறைதரமானதாக இல்லை. இதனால்தான் எச்சிங் தொழில்நுட்பம் அதிக முக்கியத்துவம் பெறுகிறது.

 

2. பிளாஸ்மா எச்சிங் பற்றிய கண்ணோட்டம்

 

படம் 2. பட வகைக்கு ஏற்ப பிளாஸ்மா மூல வாயுவை தீர்மானித்தல்

 

ஒரு வெற்று குழாய் பயன்படுத்தப்படும் போது, ​​குழாய் விட்டம் குறுகலாக, திரவ நுழைவதற்கு எளிதாக இருக்கும், இது கேபிலரி நிகழ்வு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், வெளிப்படும் பகுதியில் ஒரு துளை (மூடிய முனை) துளையிடப்பட வேண்டும் என்றால், திரவத்தின் உள்ளீடு மிகவும் கடினமாகிறது. எனவே, 1970களின் நடுப்பகுதியில் சுற்றுவட்டத்தின் முக்கியமான அளவு 3um முதல் 5um வரை இருந்ததால், உலர்பொறித்தல்ஈரமான செதுக்குதலை படிப்படியாக பிரதான நீரோட்டமாக மாற்றியுள்ளது. அதாவது, அயனியாக்கம் செய்யப்பட்டிருந்தாலும், ஒரு மூலக்கூறின் அளவு ஒரு கரிம பாலிமர் கரைசல் மூலக்கூறை விட சிறியதாக இருப்பதால் ஆழமான துளைகளை ஊடுருவிச் செல்வது எளிது.

பிளாஸ்மா செதுக்கலின் போது, ​​பொறிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் செயலாக்க அறையின் உட்புறம், தொடர்புடைய அடுக்குக்கு ஏற்ற பிளாஸ்மா மூல வாயுவை உட்செலுத்துவதற்கு முன், வெற்றிட நிலைக்கு மாற்றியமைக்கப்பட வேண்டும். திட ஆக்சைடு படலங்களை பொறிக்கும்போது, ​​வலுவான கார்பன் புளோரைடு அடிப்படையிலான மூல வாயுக்கள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும். ஒப்பீட்டளவில் பலவீனமான சிலிக்கான் அல்லது உலோகப் படலங்களுக்கு, குளோரின் அடிப்படையிலான பிளாஸ்மா மூல வாயுக்கள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்.

எனவே, கேட் லேயர் மற்றும் அடிப்படை சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO2) இன்சுலேடிங் லேயர் எப்படி பொறிக்கப்பட வேண்டும்?

முதலில், கேட் லேயருக்கு, பாலிசிலிக்கான் செதுக்குதல் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட குளோரின் அடிப்படையிலான பிளாஸ்மாவை (சிலிக்கான் + குளோரின்) பயன்படுத்தி சிலிக்கான் அகற்றப்பட வேண்டும். கீழே உள்ள இன்சுலேடிங் லேயருக்கு, சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு படலத்தை இரண்டு படிகளில் கார்பன் ஃவுளூரைடு அடிப்படையிலான பிளாஸ்மா மூல வாயுவை (சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு + கார்பன் டெட்ராபுளோரைடு) பயன்படுத்தி வலுவான செதுக்கல் தேர்வு மற்றும் செயல்திறனுடன் பொறிக்க வேண்டும்.

 

3. எதிர்வினை அயனி பொறித்தல் (RIE அல்லது இயற்பியல் வேதியியல் பொறித்தல்) செயல்முறை

 

படம் 3. எதிர்வினை அயனி எச்சிங்கின் நன்மைகள் (அனிசோட்ரோபி மற்றும் உயர் எச்சிங் விகிதம்)

 

பிளாஸ்மா ஐசோட்ரோபிக் ஃப்ரீ ரேடிக்கல்கள் மற்றும் அனிசோட்ரோபிக் கேஷன்கள் இரண்டையும் கொண்டுள்ளது, எனவே அது அனிசோட்ரோபிக் எச்சிங்கை எவ்வாறு செய்கிறது?

பிளாஸ்மா உலர் பொறித்தல் முக்கியமாக எதிர்வினை அயன் பொறித்தல் (RIE, எதிர்வினை அயன் பொறித்தல்) அல்லது இந்த முறையை அடிப்படையாகக் கொண்ட பயன்பாடுகளால் செய்யப்படுகிறது. RIE முறையின் மையமானது, அனிசோட்ரோபிக் கேஷன்கள் மூலம் செதுக்கும் பகுதியை தாக்குவதன் மூலம் படத்தில் உள்ள இலக்கு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள பிணைப்பு சக்தியை பலவீனப்படுத்துவதாகும். பலவீனமான பகுதி ஃப்ரீ ரேடிக்கல்களால் உறிஞ்சப்பட்டு, அடுக்கை உருவாக்கும் துகள்களுடன் இணைந்து, வாயுவாக (ஒரு ஆவியாகும் கலவை) மாற்றப்பட்டு வெளியிடப்படுகிறது.

ஃப்ரீ ரேடிக்கல்கள் ஐசோட்ரோபிக் குணாதிசயங்களைக் கொண்டிருந்தாலும், கீழ் மேற்பரப்பை உருவாக்கும் மூலக்கூறுகள் (கேஷன்களின் தாக்குதலால் அதன் பிணைப்பு சக்தி பலவீனமடைகிறது) ஃப்ரீ ரேடிக்கல்களால் எளிதில் கைப்பற்றப்பட்டு, வலுவான பிணைப்பு சக்தியுடன் பக்க சுவர்களை விட புதிய கலவைகளாக மாற்றப்படுகின்றன. எனவே, கீழ்நோக்கி பொறித்தல் முக்கிய நீரோட்டமாகிறது. கைப்பற்றப்பட்ட துகள்கள் ஃப்ரீ ரேடிக்கல்களுடன் வாயுவாக மாறும், அவை வெற்றிடத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ் மேற்பரப்பில் இருந்து வெளியேற்றப்பட்டு வெளியிடப்படுகின்றன.

 

இந்த நேரத்தில், இயற்பியல் மற்றும் இரசாயன பொறிப்பிற்கு இயற்பியல் செயல்பாட்டின் மூலம் பெறப்பட்ட கேஷன்களும், இரசாயன நடவடிக்கையால் பெறப்பட்ட ஃப்ரீ ரேடிக்கல்களும் இணைக்கப்படுகின்றன, மேலும் பொறித்தல் வீதம் (எட்ச் ரேட், ஒரு குறிப்பிட்ட காலப்பகுதியில் பொறிக்கப்பட்ட அளவு) 10 மடங்கு அதிகரிக்கப்படுகிறது. கேஷனிக் பொறித்தல் அல்லது ஃப்ரீ ரேடிக்கல் பொறித்தல் ஆகியவற்றுடன் ஒப்பிடும்போது. இந்த முறையானது அனிசோட்ரோபிக் கீழ்நோக்கிய பொறிப்பின் பொறிப்பு விகிதத்தை அதிகரிப்பது மட்டுமல்லாமல், பொறித்த பிறகு பாலிமர் எச்சத்தின் சிக்கலையும் தீர்க்க முடியும். இந்த முறை ரியாக்டிவ் அயன் எச்சிங் (RIE) என்று அழைக்கப்படுகிறது. RIE எச்சிங்கின் வெற்றிக்கான திறவுகோல், திரைப்படத்தை பொறிப்பதற்கு ஏற்ற பிளாஸ்மா மூல வாயுவைக் கண்டுபிடிப்பதாகும். குறிப்பு: பிளாஸ்மா பொறித்தல் என்பது RIE பொறித்தல், இரண்டையும் ஒரே கருத்தாகக் கருதலாம்.

 

4. எட்ச் விகிதம் மற்றும் முக்கிய செயல்திறன் குறியீடு

 

படம் 4. Etch விகிதம் தொடர்பான கோர் Etch செயல்திறன் குறியீடு

 

எட்ச் ரேட் என்பது ஒரு நிமிடத்தில் எட்டப்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படும் படத்தின் ஆழத்தைக் குறிக்கிறது. எனவே, ஒரு செதில்களில் பகுதியிலிருந்து பகுதிக்கு எட்ச் விகிதம் மாறுபடுகிறது என்றால் என்ன?

இதன் பொருள் செதில்களின் ஆழம் பகுதிக்கு பகுதி மாறுபடும். இந்த காரணத்திற்காக, சராசரி எட்ச் வீதம் மற்றும் எட்ச் ஆழத்தைக் கருத்தில் கொண்டு பொறித்தல் நிறுத்தப்பட வேண்டிய இறுதிப் புள்ளியை (ஈஓபி) அமைப்பது மிகவும் முக்கியம். EOP அமைக்கப்பட்டிருந்தாலும், இன்னும் சில பகுதிகளில் எட்ச் ஆழம் முதலில் திட்டமிடப்பட்டதை விட ஆழமாக (அதிக பொறிக்கப்பட்ட) அல்லது ஆழம் குறைவாக (கீழே பொறிக்கப்பட்ட) இருக்கும். இருப்பினும், பொறிக்கும்போது அதிகமாக பொறிப்பதை விட குறைவான பொறிப்பு அதிக சேதத்தை ஏற்படுத்துகிறது. ஏனெனில் கீழ்-பொறித்தல் விஷயத்தில், கீழ்-பொறிக்கப்பட்ட பகுதி அயன் பொருத்துதல் போன்ற அடுத்தடுத்த செயல்முறைகளைத் தடுக்கும்.

இதற்கிடையில், செலக்டிவிட்டி (எட்ச் ரேட் மூலம் அளவிடப்படுகிறது) பொறித்தல் செயல்முறையின் முக்கிய செயல்திறன் குறிகாட்டியாகும். மாஸ்க் லேயரின் எட்ச் ரேட் (ஃபோட்டோரேசிஸ்ட் ஃபிலிம், ஆக்சைடு ஃபிலிம், சிலிக்கான் நைட்ரைடு ஃபிலிம் போன்றவை) மற்றும் டார்கெட் லேயரின் ஒப்பீட்டின் அடிப்படையில் அளவீட்டு தரநிலை அமைந்துள்ளது. இதன் பொருள், அதிக தேர்ந்தெடுக்கும் திறன், இலக்கு அடுக்கு வேகமாக பொறிக்கப்படும். மினியேட்டரைசேஷனின் உயர் நிலை, சிறந்த வடிவங்களை மிகச்சரியாக வழங்குவதை உறுதி செய்வதே தேர்ந்தெடுக்கும் தேவை அதிகமாகும். செதுக்கும் திசை நேராக இருப்பதால், கேஷனிக் எச்சிங்கின் தேர்வுத்திறன் குறைவாக உள்ளது, அதே சமயம் ரேடிகல் எச்சிங்கின் தேர்ந்தெடுக்கும் திறன் அதிகமாக உள்ளது, இது RIE இன் தேர்வை மேம்படுத்துகிறது.

 

5. பொறித்தல் செயல்முறை

 

படம் 5. பொறித்தல் செயல்முறை

 

முதலில், செதில் 800 முதல் 1000℃ வரை பராமரிக்கப்படும் வெப்பநிலையுடன் ஆக்சிஜனேற்ற உலையில் வைக்கப்படுகிறது, பின்னர் உலர் முறை மூலம் செதிலின் மேற்பரப்பில் அதிக காப்பு பண்புகளைக் கொண்ட சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO2) படம் உருவாகிறது. அடுத்து, இரசாயன நீராவி படிவு (CVD)/இயற்பியல் நீராவி படிவு (PVD) மூலம் ஆக்சைடு படத்தில் சிலிக்கான் அடுக்கு அல்லது கடத்தும் அடுக்கை உருவாக்க படிவு செயல்முறை உள்ளிடப்படுகிறது. ஒரு சிலிக்கான் அடுக்கு உருவானால், தேவைப்பட்டால் கடத்துத்திறனை அதிகரிக்க ஒரு தூய்மையற்ற பரவல் செயல்முறை செய்யப்படலாம். தூய்மையற்ற பரவல் செயல்பாட்டின் போது, ​​பல அசுத்தங்கள் அடிக்கடி மீண்டும் மீண்டும் சேர்க்கப்படுகின்றன.

இந்த நேரத்தில், இன்சுலேடிங் லேயர் மற்றும் பாலிசிலிகான் லேயர் ஆகியவை பொறிக்கப்படுவதற்கு இணைக்கப்பட வேண்டும். முதலில், ஒரு photoresist பயன்படுத்தப்படுகிறது. பின்னர், ஒளிச்சேர்க்கை படத்தில் ஒரு முகமூடி வைக்கப்பட்டு, ஒளிச்சேர்க்கை படத்தில் விரும்பிய வடிவத்தை (நிர்வாணக் கண்ணுக்குத் தெரியாதது) பதிக்க மூழ்குவதன் மூலம் ஈரமான வெளிப்பாடு செய்யப்படுகிறது. மேம்பாட்டின் மூலம் பேட்டர்ன் அவுட்லைன் வெளிப்படும் போது, ​​போட்டோசென்சிட்டிவ் பகுதியில் உள்ள போட்டோரெசிஸ்ட் அகற்றப்படும். பின்னர், ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபி செயல்முறையால் செயலாக்கப்பட்ட செதில் உலர்ந்த செதுக்கலுக்கான செதுக்கல் செயல்முறைக்கு மாற்றப்படுகிறது.

உலர் பொறித்தல் முக்கியமாக எதிர்வினை அயன் எச்சிங் (RIE) மூலம் மேற்கொள்ளப்படுகிறது, இதில் பொறித்தல் முக்கியமாக ஒவ்வொரு படத்திற்கும் பொருத்தமான மூல வாயுவை மாற்றுவதன் மூலம் மீண்டும் மீண்டும் செய்யப்படுகிறது. உலர் பொறித்தல் மற்றும் ஈரமான பொறித்தல் ஆகிய இரண்டும் செதுக்கலின் விகிதத்தை (A/R மதிப்பு) அதிகரிப்பதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. கூடுதலாக, துளையின் அடிப்பகுதியில் குவிந்துள்ள பாலிமரை அகற்ற வழக்கமான சுத்தம் தேவைப்படுகிறது (பொறிப்பதன் மூலம் உருவாகும் இடைவெளி). முக்கியமான விஷயம் என்னவென்றால், அனைத்து மாறிகளும் (பொருட்கள், மூல வாயு, நேரம், வடிவம் மற்றும் வரிசை போன்றவை) துப்புரவு கரைசல் அல்லது பிளாஸ்மா மூல வாயு அகழியின் அடிப்பகுதிக்கு பாயும் என்பதை உறுதிப்படுத்த இயற்கையாக சரிசெய்யப்பட வேண்டும். ஒரு மாறியில் ஒரு சிறிய மாற்றத்திற்கு மற்ற மாறிகளின் மறுகணக்கீடு தேவைப்படுகிறது, மேலும் இந்த மறுகணக்கீடு செயல்முறை ஒவ்வொரு கட்டத்தின் நோக்கத்தையும் சந்திக்கும் வரை மீண்டும் மீண்டும் செய்யப்படும். சமீபத்தில், அணு அடுக்கு படிவு (ALD) அடுக்குகள் போன்ற மோனோஅடோமிக் அடுக்குகள் மெல்லியதாகவும் கடினமாகவும் மாறிவிட்டன. எனவே, பொறித்தல் தொழில்நுட்பம் குறைந்த வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தங்களைப் பயன்படுத்துவதை நோக்கி நகர்கிறது. பொறித்தல் செயல்முறையானது முக்கியமான பரிமாணத்தை (CD) கட்டுப்படுத்துவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது மற்றும் சிறந்த வடிவங்களை உருவாக்குகிறது மற்றும் பொறித்தல் செயல்முறையால் ஏற்படும் சிக்கல்கள் தவிர்க்கப்படுவதை உறுதிசெய்கிறது, குறிப்பாக கீழ்-பொறித்தல் மற்றும் எச்சத்தை அகற்றுவது தொடர்பான சிக்கல்கள். பொறித்தல் பற்றிய மேற்கூறிய இரண்டு கட்டுரைகளும், பொறித்தல் செயல்முறையின் நோக்கம், மேற்கூறிய இலக்குகளை அடைவதற்கான தடைகள் மற்றும் அத்தகைய தடைகளை கடக்கப் பயன்படுத்தப்படும் செயல்திறன் குறிகாட்டிகள் பற்றிய புரிதலை வாசகர்களுக்கு வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது.