سیمی کنڈکٹر پیٹرننگ کا عمل بہاؤ اینچنگ

ابتدائی گیلی اینچنگ نے صفائی یا ایشنگ کے عمل کو فروغ دیا۔ آج، پلازما کا استعمال کرتے ہوئے خشک اینچنگ مرکزی دھارے بن چکی ہے۔نقاشی کا عمل. پلازما الیکٹران، کیشنز اور ریڈیکلز پر مشتمل ہوتا ہے۔ پلازما پر لگائی جانے والی توانائی غیر جانبدار حالت میں ماخذ گیس کے سب سے باہر کے الیکٹرانوں کو چھین لیتی ہے، اس طرح یہ الیکٹران کیشنز میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔

اس کے علاوہ، مالیکیولز میں نامکمل ایٹموں کو برقی طور پر غیر جانبدار ریڈیکلز بنانے کے لیے توانائی کا استعمال کرکے چھین لیا جا سکتا ہے۔ خشک اینچنگ میں پلازما بنانے والے کیشنز اور ریڈیکلز کا استعمال کرتے ہیں، جہاں کیشنز انیسوٹروپک ہوتے ہیں (ایک خاص سمت میں اینچنگ کے لیے موزوں) اور ریڈیکلز آئسوٹروپک (ہر سمت میں اینچنگ کے لیے موزوں) ہوتے ہیں۔ ریڈیکلز کی تعداد کیشنز کی تعداد سے کہیں زیادہ ہے۔ اس صورت میں، خشک اینچنگ آئسوٹروپک ہونی چاہیے جیسے گیلی اینچنگ۔

تاہم، یہ خشک اینچنگ کی انیسوٹروپک اینچنگ ہے جو انتہائی چھوٹے سرکٹس کو ممکن بناتی ہے۔ اس کی وجہ کیا ہے؟ اس کے علاوہ، کیشنز اور ریڈیکلز کی اینچنگ کی رفتار بہت سست ہے۔ تو ہم اس کمی کے پیش نظر بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے پلازما اینچنگ کے طریقوں کو کیسے لاگو کر سکتے ہیں؟

 

1. پہلو کا تناسب (A/R)

 

شکل 1. پہلو تناسب کا تصور اور اس پر تکنیکی ترقی کا اثر

 

پہلو کا تناسب افقی چوڑائی اور عمودی اونچائی کا تناسب ہے (یعنی اونچائی کو چوڑائی سے تقسیم کیا گیا ہے)۔ سرکٹ کی نازک جہت (CD) جتنی چھوٹی ہوگی، اسپیکٹ ریشو ویلیو اتنی ہی بڑی ہوگی۔ یعنی، 10 کے پہلو کے تناسب کی قدر اور 10nm کی چوڑائی کو فرض کرتے ہوئے، اینچنگ کے عمل کے دوران سوراخ کیے گئے سوراخ کی اونچائی 100nm ہونی چاہیے۔ لہٰذا، اگلی نسل کے پروڈکٹس کے لیے جن کے لیے الٹرا منیٹورائزیشن (2D) یا ہائی ڈینسٹی (3D) کی ضرورت ہوتی ہے، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے انتہائی اعلی اسپیکٹ ریشو ویلیوز کی ضرورت ہوتی ہے کہ کیشنز اینچنگ کے دوران نیچے کی فلم میں گھس سکیں۔

 

2D پروڈکٹس میں 10nm سے کم کی اہم جہت کے ساتھ الٹرا منیٹورائزیشن ٹیکنالوجی حاصل کرنے کے لیے، ڈائنامک رینڈم ایکسیس میموری (DRAM) کی کپیسیٹر اسپیکٹ ریشو ویلیو کو 100 سے اوپر برقرار رکھا جانا چاہیے۔ اسی طرح 3D NAND فلیش میموری کو بھی اعلی اسپیکٹ ریشو ویلیوز کی ضرورت ہوتی ہے۔ 256 تہوں یا اس سے زیادہ سیل اسٹیکنگ تہوں کو اسٹیک کرنے کے لیے۔ یہاں تک کہ اگر دوسرے عمل کے لیے درکار شرائط پوری ہو جائیں، مطلوبہ مصنوعات تیار نہیں کی جا سکتی ہیں اگرنقاشی کا عملمعیار کے مطابق نہیں ہے. یہی وجہ ہے کہ ایچنگ ٹیکنالوجی تیزی سے اہم ہوتی جارہی ہے۔

 

2. پلازما اینچنگ کا جائزہ

 

تصویر 2. فلم کی قسم کے مطابق پلازما ماخذ گیس کا تعین کرنا

 

جب ایک کھوکھلی پائپ کا استعمال کیا جاتا ہے، پائپ کا قطر جتنا تنگ ہوتا ہے، مائع کا داخل ہونا اتنا ہی آسان ہوتا ہے، جو کہ نام نہاد کیپلیری رجحان ہے۔ تاہم، اگر بے نقاب علاقے میں سوراخ (بند سرے) کو کھودنا ہو، تو مائع کا ان پٹ کافی مشکل ہو جاتا ہے۔ لہذا، چونکہ 1970 کی دہائی کے وسط میں سرکٹ کا اہم سائز 3um سے 5um تک تھا، خشکاینچنگنے آہستہ آہستہ گیلی اینچنگ کو مرکزی دھارے کے طور پر تبدیل کر دیا ہے۔ یعنی، اگرچہ آئنائزڈ، گہرے سوراخوں میں گھسنا آسان ہے کیونکہ ایک مالیکیول کا حجم نامیاتی پولیمر محلول کے مالیکیول سے چھوٹا ہوتا ہے۔

پلازما اینچنگ کے دوران، اینچنگ کے لیے استعمال ہونے والے پروسیسنگ چیمبر کے اندرونی حصے کو متعلقہ پرت کے لیے موزوں پلازما سورس گیس کو انجیکشن لگانے سے پہلے ویکیوم حالت میں ایڈجسٹ کیا جانا چاہیے۔ ٹھوس آکسائیڈ فلموں کو کھینچتے وقت، مضبوط کاربن فلورائیڈ پر مبنی ماخذ گیسوں کا استعمال کیا جانا چاہیے۔ نسبتاً کمزور سلکان یا دھاتی فلموں کے لیے، کلورین پر مبنی پلازما ماخذ گیسیں استعمال کی جانی چاہئیں۔

تو، گیٹ کی تہہ اور بنیادی سلکان ڈائی آکسائیڈ (SiO2) انسولیٹنگ پرت کو کیسے بنایا جائے؟

سب سے پہلے، گیٹ پرت کے لیے، سلکان کو پولی سیلیکون اینچنگ سلیکٹیوٹی کے ساتھ کلورین پر مبنی پلازما (سلیکان + کلورین) کا استعمال کرتے ہوئے ہٹایا جانا چاہیے۔ نیچے کی موصلیت کی تہہ کے لیے، سلیکن ڈائی آکسائیڈ فلم کو کاربن فلورائیڈ پر مبنی پلازما سورس گیس (سلیکان ڈائی آکسائیڈ + کاربن ٹیٹرافلوورائیڈ) کا استعمال کرتے ہوئے دو مراحل میں اینچنگ کی مضبوطی کے ساتھ کھدائی کی جانی چاہیے۔

 

3. ری ایکٹیو آئن ایچنگ (RIE یا physicochemical etching) کا عمل

 

شکل 3. رد عمل والے آئن ایچنگ کے فوائد (انیسوٹروپی اور ہائی ایچنگ کی شرح)

 

پلازما میں isotropic free radicals اور anisotropic cations دونوں ہوتے ہیں، تو یہ anisotropic etching کیسے کرتا ہے؟

پلازما ڈرائی ایچنگ بنیادی طور پر ری ایکٹو آئن ایچنگ (RIE، Reactive Ion Etching) یا اس طریقہ پر مبنی ایپلی کیشنز کے ذریعے کی جاتی ہے۔ RIE طریقہ کار کا بنیادی مقصد فلم میں ٹارگٹ مالیکیولز کے درمیان بائنڈنگ فورس کو اینیسوٹروپک کیشنز کے ساتھ اینچنگ ایریا پر حملہ کرکے کمزور کرنا ہے۔ کمزور علاقہ آزاد ریڈیکلز کے ذریعے جذب کیا جاتا ہے، ان ذرات کے ساتھ مل کر جو تہہ بناتے ہیں، گیس میں تبدیل ہو جاتے ہیں (ایک اتار چڑھاؤ والا مرکب) اور چھوڑ دیا جاتا ہے۔

اگرچہ آزاد ریڈیکلز میں آئسوٹروپک خصوصیات ہیں، مالیکیول جو نیچے کی سطح کو بناتے ہیں (جن کی بائنڈنگ فورس کیشنز کے حملے سے کمزور ہو جاتی ہے) آزاد ریڈیکلز کے ذریعے زیادہ آسانی سے پکڑے جاتے ہیں اور مضبوط پابند قوت کے ساتھ سائیڈ والز کی نسبت نئے مرکبات میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔ لہذا، نیچے کی طرف اینچنگ مرکزی دھارے بن جاتی ہے۔ پکڑے گئے ذرات آزاد ریڈیکلز کے ساتھ گیس بن جاتے ہیں، جو ویکیوم کے عمل کے تحت سطح سے خارج ہو جاتے ہیں۔

 

اس وقت، جسمانی عمل سے حاصل ہونے والے کیشنز اور کیمیائی عمل سے حاصل ہونے والے آزاد ریڈیکلز کو جسمانی اور کیمیائی اینچنگ کے لیے ملایا جاتا ہے، اور اینچنگ کی شرح (Etch Rate، ایک مخصوص مدت میں اینچنگ کی ڈگری) میں 10 گنا اضافہ ہوتا ہے۔ اکیلے کیشنک اینچنگ یا فری ریڈیکل ایچنگ کے معاملے کے مقابلے میں۔ یہ طریقہ نہ صرف اینیسوٹروپک نیچے کی طرف اینچنگ کی شرح کو بڑھا سکتا ہے بلکہ اینچنگ کے بعد پولیمر کی باقیات کا مسئلہ بھی حل کر سکتا ہے۔ اس طریقہ کو ری ایکٹیو آئن ایچنگ (RIE) کہا جاتا ہے۔ RIE ایچنگ کی کامیابی کی کلید فلم کی اینچنگ کے لیے موزوں پلازما سورس گیس تلاش کرنا ہے۔ نوٹ: پلازما ایچنگ آر آئی ای ایچنگ ہے، اور دونوں کو ایک ہی تصور کے طور پر شمار کیا جا سکتا ہے۔

 

4. Etch کی شرح اور بنیادی کارکردگی کا اشاریہ

 

چترا 4. Etch کی شرح سے متعلق کور Etch پرفارمنس انڈیکس

 

Etch کی شرح سے مراد فلم کی وہ گہرائی ہے جس تک پہنچنے کی توقع ایک منٹ میں کی جاتی ہے۔ تو اس کا کیا مطلب ہے کہ ایک ویفر پر اینچ کی شرح جزوی طور پر مختلف ہوتی ہے؟

اس کا مطلب یہ ہے کہ ویفر پر اینچ کی گہرائی جزوی طور پر مختلف ہوتی ہے۔ اس وجہ سے، اختتامی نقطہ (EOP) کا تعین کرنا بہت ضروری ہے جہاں اینچنگ کی اوسط شرح اور اینچ کی گہرائی کو مدنظر رکھ کر رک جانا چاہیے۔ یہاں تک کہ اگر EOP سیٹ کر دیا گیا ہے، تب بھی کچھ ایسے علاقے ہیں جہاں اینچ کی گہرائی اصل منصوبہ بندی سے زیادہ گہری (زیادہ اینچڈ) یا ہلکی (انڈر اینچڈ) ہے۔ تاہم، انڈر اینچنگ اینچنگ کے دوران زیادہ اینچنگ سے زیادہ نقصان کا باعث بنتی ہے۔ کیونکہ انڈر اینچنگ کی صورت میں، انڈر اینچ والا حصہ بعد کے عمل جیسے آئن امپلانٹیشن میں رکاوٹ بنے گا۔

دریں اثنا، سلیکٹیوٹی (ایچ ریٹ سے ماپا جاتا ہے) اینچنگ کے عمل کا ایک اہم کارکردگی کا اشارہ ہے۔ پیمائش کا معیار ماسک کی تہہ (فوٹوریزسٹ فلم، آکسائیڈ فلم، سلیکون نائٹرائڈ فلم، وغیرہ) اور ہدف کی تہہ کی اینچ ریٹ کے موازنہ پر مبنی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ جتنی زیادہ سلیکٹیوٹی ہوگی، اتنی ہی تیزی سے ٹارگٹ پرت کو اینچ کیا جائے گا۔ مائنیچرائزیشن کی سطح جتنی اونچی ہوگی، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے سلیکٹیوٹی کی ضرورت اتنی ہی زیادہ ہوگی کہ عمدہ نمونوں کو مکمل طور پر پیش کیا جاسکے۔ چونکہ اینچنگ کی سمت سیدھی ہے، اس لیے کیشنک ایچنگ کی سلیکٹیوٹی کم ہے، جبکہ ریڈیکل ایچنگ کی سلیکٹیوٹی زیادہ ہے، جو RIE کی سلیکٹیوٹی کو بہتر بناتی ہے۔

 

5. اینچنگ کا عمل

 

شکل 5. اینچنگ کا عمل

 

سب سے پہلے، ویفر کو ایک آکسیڈیشن فرنس میں رکھا جاتا ہے جس کا درجہ حرارت 800 اور 1000 ℃ کے درمیان رکھا جاتا ہے، اور پھر خشک طریقے سے ویفر کی سطح پر اعلی موصلیت کی خصوصیات کے ساتھ ایک سلکان ڈائی آکسائیڈ (SiO2) فلم بنائی جاتی ہے۔ اس کے بعد، جمع کرنے کے عمل کو کیمیائی بخارات جمع (CVD)/ طبعی بخارات جمع (PVD) کے ذریعے آکسائیڈ فلم پر سلیکون کی تہہ یا ترسیلی تہہ بنانے کے لیے داخل کیا جاتا ہے۔ اگر سلیکون کی تہہ بنتی ہے تو، اگر ضروری ہو تو چالکتا بڑھانے کے لیے ناپاکی پھیلانے کا عمل انجام دیا جا سکتا ہے۔ ناپاکی پھیلانے کے عمل کے دوران، متعدد نجاستوں کو اکثر بار بار شامل کیا جاتا ہے۔

اس وقت، موصلیت کی تہہ اور پولی سیلیکون پرت کو اینچنگ کے لیے ملایا جانا چاہیے۔ سب سے پہلے، ایک photoresist استعمال کیا جاتا ہے. اس کے بعد، فوٹو ریزسٹ فلم پر ایک ماسک لگایا جاتا ہے اور فوٹو ریزسٹ فلم پر مطلوبہ پیٹرن (ننگی آنکھ سے پوشیدہ) کو امپرنٹ کرنے کے لیے وسرجن کے ذریعے گیلی نمائش کی جاتی ہے۔ جب پیٹرن کا خاکہ ترقی کے ذریعہ ظاہر ہوتا ہے، تو فوٹو سینسیٹو ایریا میں فوٹو ریسسٹ کو ہٹا دیا جاتا ہے۔ اس کے بعد، فوٹو لیتھوگرافی کے عمل سے پروسیس شدہ ویفر کو خشک اینچنگ کے لیے اینچنگ کے عمل میں منتقل کیا جاتا ہے۔

خشک اینچنگ بنیادی طور پر ری ایکٹیو آئن ایچنگ (RIE) کے ذریعے کی جاتی ہے، جس میں اینچنگ کو بنیادی طور پر ہر فلم کے لیے موزوں ماخذ گیس کی جگہ لے کر دہرایا جاتا ہے۔ خشک اینچنگ اور گیلی اینچنگ دونوں کا مقصد اینچنگ کے پہلو تناسب (A/R ویلیو) کو بڑھانا ہے۔ اس کے علاوہ، سوراخ کے نچلے حصے میں جمع پولیمر کو ہٹانے کے لیے باقاعدگی سے صفائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اہم نکتہ یہ ہے کہ تمام متغیرات (جیسے مواد، ماخذ گیس، وقت، شکل اور ترتیب) کو باضابطہ طور پر ایڈجسٹ کیا جانا چاہیے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ صفائی کا محلول یا پلازما ماخذ گیس خندق کے نیچے تک بہہ سکے۔ متغیر میں معمولی تبدیلی کے لیے دوسرے متغیرات کی دوبارہ گنتی کی ضرورت ہوتی ہے، اور یہ دوبارہ گنتی کا عمل اس وقت تک دہرایا جاتا ہے جب تک کہ یہ ہر مرحلے کے مقصد کو پورا نہ کر لے۔ حال ہی میں، یک ایٹمی پرتیں جیسے جوہری تہہ جمع (ALD) تہیں پتلی اور سخت ہو گئی ہیں۔ لہذا، اینچنگ ٹیکنالوجی کم درجہ حرارت اور دباؤ کے استعمال کی طرف بڑھ رہی ہے۔ اینچنگ کے عمل کا مقصد اہم جہت (CD) کو کنٹرول کرنا ہے تاکہ عمدہ نمونے تیار کیے جا سکیں اور اس بات کو یقینی بنایا جائے کہ اینچنگ کے عمل سے پیدا ہونے والی پریشانیوں سے بچا جائے، خاص طور پر انڈر ایچنگ اور باقیات کو ہٹانے سے متعلق مسائل۔ اینچنگ سے متعلق مندرجہ بالا دو مضامین کا مقصد قارئین کو اینچنگ کے عمل کے مقصد، مندرجہ بالا اہداف کے حصول میں حائل رکاوٹوں اور اس طرح کی رکاوٹوں کو دور کرنے کے لیے استعمال ہونے والی کارکردگی کے اشاریوں کے بارے میں آگاہی فراہم کرنا ہے۔