ሴሚኮንዳክተር ፓተርኒንግ ፕሮሰስ ፍሰ-ኢቺንግ

ቀደም ብሎ እርጥብ መቅረጽ የጽዳት ወይም የአመድ ሂደቶችን እድገት አበረታቷል። ዛሬ፣ ፕላዝማ በመጠቀም ደረቅ መቅረጽ ዋና ተግባር ሆኗል።የመቅረጽ ሂደትፕላዝማ ኤሌክትሮኖችን፣ ካሴቶችን እና ራዲካልስን ያቀፈ ነው። በፕላዝማ ላይ የሚተገበረው ኃይል ከምንጭ ጋዝ ውስጥ የሚገኙት ውጫዊ ኤሌክትሮኖች በገለልተኛ ሁኔታ እንዲወገዱ ያደርጋል፣ በዚህም እነዚህን ኤሌክትሮኖች ወደ ካሴቶች ይለውጣሉ።

በተጨማሪም፣ በሞለኪውሎች ውስጥ ያሉ ፍጽምና የጎደላቸው አቶሞች በኤሌክትሪክ ገለልተኛ ራዲካሎችን በመፍጠር ኃይልን በመጠቀም ሊወገዱ ይችላሉ። ደረቅ ኢቺንግ ፕላዝማ የሚፈጥሩ ካቴሽኖችን እና ራዲካሎችን ይጠቀማል፣ ካቴሽኖች አኒሶትሮፒክ (በተወሰነ አቅጣጫ ኢቺንግ ተስማሚ) እና ራዲካሎች ኢሶትሮፒክ (በሁሉም አቅጣጫዎች ኢቺንግ ተስማሚ) ናቸው። የራዲካሎች ብዛት ከካቴሽኖች ብዛት በጣም የላቀ ነው። በዚህ ሁኔታ፣ ደረቅ ኢቺንግ እንደ እርጥብ ኢቺንግ ኢሶትሮፒክ መሆን አለበት።

ይሁን እንጂ፣ እጅግ በጣም አነስተኛ የሆኑ ወረዳዎችን (surprised circuits) የሚያስችለው ደረቅ ኢቺንግ (dry etching) አኒሶትሮፒክ ኢቺንግ ነው። ለዚህ ምክንያቱ ምንድን ነው? በተጨማሪም የካቴሽንና ራዲካልስ የመቅዳት ፍጥነት በጣም ቀርፋፋ ነው። ታዲያ በዚህ ጉድለት ፊት የፕላዝማ ኢቺንግ ዘዴዎችን በጅምላ ምርት ላይ እንዴት ተግባራዊ ማድረግ እንችላለን?

 

 

1. የምጥጥነ ገጽታ (A/R)

 

ምስል 1. የገጽታ ጥምርታ ጽንሰ-ሀሳብ እና የቴክኖሎጂ እድገት በእሱ ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ

 

የአስፔክትሬሽን ጥምርታ የአግድም ስፋት እና ቋሚ ቁመት ጥምርታ ነው (ማለትም፣ ቁመት በስፋት የተከፈለ)። የወረዳው ወሳኝ ልኬት (ሲዲ) ትንሽ በጨመረ ቁጥር የአስፔክትሬሽን ዋጋው የበለጠ ይሆናል። ማለትም የ10 እና የ10nm ስፋት ያለው የአስፔክትሬሽን እሴት ስንወስድ፣ በመቅረጽ ሂደት ወቅት የተቆፈረው ቀዳዳ ቁመት 100nm መሆን አለበት። ስለዚህ፣ እጅግ በጣም አነስተኛነት (2D) ወይም ከፍተኛ ጥግግት (3D) ለሚያስፈልጋቸው ቀጣይ ትውልድ ምርቶች፣ በመቅረጽ ወቅት ካቴሽኖች ወደ ታችኛው ፊልም ዘልቀው መግባት እንዲችሉ ለማረጋገጥ እጅግ በጣም ከፍተኛ የገጽታ ጥምርታ እሴቶች ያስፈልጋሉ።

 

በ2D ምርቶች ውስጥ ከ10nm በታች ወሳኝ ልኬት ያለው እጅግ በጣም አነስተኛ ቴክኖሎጂን ለማግኘት፣ የዳይናሚክ የዘፈቀደ መዳረሻ ማህደረ ትውስታ (DRAM) የካፒታላይዜሽን ገጽታ ጥምርታ እሴት ከ100 በላይ መቀመጥ አለበት። በተመሳሳይ፣ 3D NAND ፍላሽ ማህደረ ትውስታ 256 ወይም ከዚያ በላይ የሴል ቁልል ንብርብሮችን ለመደርደር ከፍተኛ የገጽታ ጥምርታ እሴቶችን ይፈልጋል። ለሌሎች ሂደቶች የሚያስፈልጉት ሁኔታዎች ቢሟሉም፣ አስፈላጊዎቹ ምርቶች ሊመረቱ አይችሉምየመቅረጽ ሂደትደረጃውን የጠበቀ አይደለም። ለዚህም ነው የመቅረጽ ቴክኖሎጂ ከጊዜ ወደ ጊዜ አስፈላጊ እየሆነ የመጣው።

 

 

2. የፕላዝማ ቅርፊት አጠቃላይ እይታ

 

ምስል 2. የፕላዝማ ምንጭ ጋዝን በፊልም አይነት መወሰን

 

ባዶ ቱቦ ጥቅም ላይ ሲውል፣ የቧንቧው ዲያሜትር እየጠበበ ሲሄድ፣ ፈሳሹ በቀላሉ የሚገባበት ሁኔታ ይፈጠራል፣ ይህም የሚባለው የካፒላሪ ክስተት ነው። ሆኖም ግን፣ በተጋለጠው ቦታ ላይ ቀዳዳ (የተዘጋ ጫፍ) ከተቆፈረ፣ የፈሳሹ ግብዓት በጣም አስቸጋሪ ይሆናል። ስለዚህ፣ የወረዳው ወሳኝ መጠን በ1970ዎቹ አጋማሽ ላይ ከ3um እስከ 5um ስለነበር፣ ደረቅቅርፊትቀስ በቀስ እርጥብ ኢቺንግን እንደ ዋና ነገር ተክቷል። ያም ማለት፣ ምንም እንኳን አዮናዊ ቢሆንም፣ የአንድ ሞለኪውል መጠን ከኦርጋኒክ ፖሊመር ሶሉሽን ሞለኪውል ያነሰ ስለሆነ ወደ ጥልቅ ጉድጓዶች ዘልቆ መግባት ቀላል ነው።

በፕላዝማ ቅርፊት ወቅት፣ ለቅርፊት ጥቅም ላይ የሚውለው የማቀነባበሪያ ክፍል ውስጠኛ ክፍል ለሚመለከተው ንብርብር ተስማሚ የሆነውን የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ ከመውጋትዎ በፊት ወደ ቫክዩም ሁኔታ መስተካከል አለበት። ጠንካራ የኦክሳይድ ፊልሞችን በሚቀቡበት ጊዜ፣ ጠንካራ የካርቦን ፍሎራይድ ላይ የተመሰረቱ የምንጭ ጋዞች ጥቅም ላይ መዋል አለባቸው። በአንጻራዊ ሁኔታ ደካማ ለሆኑ የሲሊኮን ወይም የብረት ፊልሞች፣ በክሎሪን ላይ የተመሰረቱ የፕላዝማ ምንጭ ጋዞች ጥቅም ላይ መዋል አለባቸው።

ስለዚህ የበር ንብርብር እና ከስር ያለው የሲሊኮን ዳይኦክሳይድ (SiO2) መከላከያ ንብርብር እንዴት መቀባት አለበት?

በመጀመሪያ፣ ለጌት ንብርብር፣ ሲሊኮን በክሎሪን ላይ የተመሠረተ ፕላዝማ (ሲሊከን + ክሎሪን) በመጠቀም ፖሊሲሊከን ኢቺንግ ሴሌክቲቭ በመጠቀም መወገድ አለበት። ለታችኛው የኢንሱሌሽን ንብርብር፣ የሲሊኮን ዳይኦክሳይድ ፊልም በካርቦን ፍሎራይድ ላይ የተመሠረተ የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ (ሲሊከን ዳይኦክሳይድ + ካርቦን ቴትራፍሎራይድ) በመጠቀም በሁለት ደረጃዎች መቀረጽ አለበት።

 

 

3. ምላሽ ሰጪ የአዮን ኢቺንግ (RIE ወይም ፊዚኮኬሚካል ኢቺንግ) ሂደት

 

ምስል 3. የሪአክቲቭ አዮን ኢቺንግ (አኒሶትሮፒ እና ከፍተኛ የኢቺንግ ፍጥነት) ጥቅሞች

 

ፕላዝማ ሁለቱንም አይዞትሮፒክ ፍሪ ራዲካልስ እና አኒሶትሮፒክ ካቴሽኖችን ይዟል፣ ታዲያ አኒሶትሮፒክ ኢቺንግ እንዴት ያከናውናል?

የፕላዝማ ደረቅ ቅርፊት በዋናነት የሚከናወነው በሪአክቲቭ አዮን ኢቺንግ (RIE፣ Reactive Ion Etching) ወይም በዚህ ዘዴ ላይ ተመስርተው በሚተገበሩ አፕሊኬሽኖች ነው። የRIE ዘዴ እምብርት የመቅረጫ ቦታውን በአኒሶትሮፒክ ካቴሽኖች በማጥቃት በፊልሙ ውስጥ ባሉ ኢላማ ሞለኪውሎች መካከል ያለውን የማሰሪያ ኃይል ማዳከም ነው። የተዳከመው ቦታ ንብርብሩን ከሚፈጥሩት ቅንጣቶች ጋር ተጣምሮ ወደ ጋዝ (ተለዋዋጭ ውህድ) ተቀይሮ ይለቀቃል።

ምንም እንኳን ፍሪ ራዲካልስ ኢሶትሮፒክ ባህሪያት ቢኖራቸውም፣ የታችኛውን ገጽ የሚፈጥሩት ሞለኪውሎች (የማሰሪያ ኃይላቸው በካቲኖች ጥቃት የተዳከመ) በቀላሉ በነጻ ራዲካልስ ተይዘው ወደ አዲስ ውህዶች ይቀየራሉ። ስለዚህ፣ ወደ ታች የሚቀዱ ነገሮች ዋና ዋናዎቹ ይሆናሉ። የተያዙት ቅንጣቶች በቫክዩም ተጽዕኖ ስር የሚፈሱ እና ከላዩ የሚለቀቁ ነፃ ራዲካልስ ያላቸው ጋዝ ይሆናሉ።

 

በዚህ ጊዜ፣ በአካላዊ እርምጃ የተገኙ ካቴሽኖች እና በኬሚካላዊ እርምጃ የተገኙት ነፃ ራዲካሎች ለአካላዊ እና ለኬሚካል ኢቺንግ ይጣመራሉ፣ እና የኢቺንግ መጠን (Etch Rate፣ በተወሰነ ጊዜ ውስጥ የኢቺንግ ደረጃ) ከካቲዮኒክ ኢቺንግ ወይም ከፍሪ ራዲካል ኢቺንግ ጉዳይ ጋር ሲነጻጸር በ10 እጥፍ ይጨምራል። ይህ ዘዴ የአኒሶትሮፒክ ወደ ታች ኢቺንግ የመቀባት ፍጥነትን ብቻ ሳይሆን ከኢቺንግ በኋላ የፖሊመር ቅሪትን ችግርም ሊፈታ ይችላል። ይህ ዘዴ ምላሽ ሰጪ አዮን ኢቺንግ (RIE) ይባላል። የRIE ኢቺንግ ስኬት ቁልፉ ፊልሙን ለመቀባት ተስማሚ የሆነ የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ ማግኘት ነው። ማሳሰቢያ፡ የፕላዝማ ኢቺንግ የRIE ኢቺንግ ሲሆን ሁለቱም እንደ አንድ አይነት ጽንሰ-ሀሳብ ሊቆጠሩ ይችላሉ።

 

 

4. የኤች ፍጥነት እና ዋና የአፈጻጸም መረጃ ጠቋሚ

 

ምስል 4. ከኤች መጠን ጋር የተያያዘው የኮር ኤች የአፈጻጸም መረጃ ጠቋሚ

 

የኤች መጠን የሚያመለክተው በአንድ ደቂቃ ውስጥ እንደሚደረስ የሚጠበቀውን የፊልም ጥልቀት ነው። ታዲያ በአንድ ዋፈር ላይ የኤች መጠን ከክፍሉ ወደ ክፍሉ ይለያያል ማለት ምን ማለት ነው?

ይህ ማለት የኤች ጥልቀት በዋፈር ላይ ከክፍል ወደ ክፍል ይለያያል ማለት ነው። በዚህ ምክንያት፣ የኤች አማካይ የኤች ፍጥነት እና የኤች ጥልቀትን ከግምት ውስጥ በማስገባት የመጨረሻውን ነጥብ (EOP) ማስቀመጥ በጣም አስፈላጊ ነው። EOP ቢዘጋጅም እንኳ፣ የኤች ጥልቀት ከመጀመሪያው ከታቀደው በላይ ጥልቅ (ከመጠን በላይ የተቀረጸ) ወይም ጥልቀት የሌለው (ከመጠን በታች የተቀረጸ) የሆኑባቸው አንዳንድ ቦታዎች አሁንም አሉ። ሆኖም፣ የኤች ጥልቀት በኤች በሚቀረጽበት ጊዜ ከመጠን በላይ ከተቀረጸ የበለጠ ጉዳት ያስከትላል። ምክንያቱም የኤች ጥልቀት በሌለው ሁኔታ፣ የተቀረጸው ክፍል እንደ አዮን ተከላ ያሉ ቀጣይ ሂደቶችን ያደናቅፋል።

ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ የምርጫ ብቃት (በኤች ፍጥነት የሚለካ) የመቅረጽ ሂደት ቁልፍ የአፈጻጸም አመላካች ነው። የመለኪያ ደረጃው የተመሰረተው የጭምብል ንብርብር (ፎቶሪስቴስት ፊልም፣ ኦክሳይድ ፊልም፣ ሲሊከን ናይትሬድ ፊልም፣ ወዘተ) እና የዒላማው ንብርብር የመቅረጽ ፍጥነት ንጽጽር ላይ ነው። ይህ ማለት የምርጫ መጠን ከፍ ባለ መጠን የዒላማው ንብርብር በፍጥነት ይቀዳል ማለት ነው። የአነስተኛነት ደረጃ ከፍ ባለ መጠን፣ ጥሩ ቅጦች በትክክል ሊቀርቡ እንደሚችሉ ለማረጋገጥ የምርጫ መስፈርት ከፍ ያለ ነው። የመቀረጽ አቅጣጫ ቀጥ ያለ ስለሆነ፣ የካቲዮኒክ ቅርፊት ምርጫ ዝቅተኛ ሲሆን፣ የራዲካል ቅርፊት ምርጫ ከፍተኛ ሲሆን፣ ይህም የRIE ምርጫን ያሻሽላል።

 

 

5. የመቅረጽ ሂደት

 

ምስል 5. የመቅረጽ ሂደት

 

በመጀመሪያ፣ ዋፈር በኦክሳይድ ምድጃ ውስጥ ከ800 እስከ 1000℃ ባለው የሙቀት መጠን ይቀመጣል፣ ከዚያም በዋፈር ወለል ላይ ከፍተኛ የመከላከያ ባህሪያት ያለው የሲሊኮን ዳይኦክሳይድ (SiO2) ፊልም በደረቅ ዘዴ ይፈጠራል። በመቀጠል፣ በኦክሳይድ ፊልም ላይ በኬሚካል ትነት ማስቀመጫ (CVD)/ፊዚካል ትነት ማስቀመጫ (PVD) የሲሊኮን ንብርብር ወይም አስተላላፊ ንብርብር ለመፍጠር የማስቀመጫ ሂደቱ ይገባል። የሲሊኮን ንብርብር ከተፈጠረ፣ አስፈላጊ ከሆነ ኮንዳክሽን ለመጨመር የንጽህና ስርጭት ሂደት ሊከናወን ይችላል። በንጽህና ስርጭት ሂደት ወቅት፣ ብዙ ቆሻሻዎች ብዙ ጊዜ በተደጋጋሚ ይጨመራሉ።

በዚህ ጊዜ፣ የኢንሱሌሽን ንብርብር እና የፖሊሲሊከን ንብርብር ለመቀረጽ መቀላቀል አለባቸው። በመጀመሪያ፣ ፎቶሪስቴስት ጥቅም ላይ ይውላል። በመቀጠልም፣ በፎቶሪስቴስት ፊልም ላይ ጭምብል ይደረጋል እና እርጥብ መጋለጥ የሚከናወነው በፎቶሪስቴስት ፊልም ላይ የተፈለገውን ንድፍ (ለዓይን የማይታይ) ለማተም በማጥለቅ ነው። የንድፍ ዝርዝሩ በልማት ሲገለጥ፣ በፎቶሲሴንሲቲቭ አካባቢ ውስጥ ያለው ፎቶሪስቴስት ይወገዳል። ከዚያም፣ በፎቶሊቶግራፊ ሂደት የሚሠራው ዋፈር ለደረቅ ቅርፊት ወደ ቅርፊት ሂደት ይተላለፋል።

ደረቅ ቅርፊት በዋናነት የሚከናወነው በሪአክቲቭ አዮን ኢቺንግ (RIE) ሲሆን፣ በዚህ ውስጥ ቅርፊት የሚደገመው በዋናነት ለእያንዳንዱ ፊልም ተስማሚ የሆነውን የምንጭ ጋዝ በመተካት ነው። ደረቅ ቅርፊትም ሆነ እርጥብ ቅርፊት የመቅረጽን የገጽታ ጥምርታ (A/R እሴት) ለመጨመር ያለሙ ናቸው። በተጨማሪም፣ በቀዳዳው ግርጌ ላይ የተከማቸውን ፖሊመር (በቅርጽ የሚፈጠረውን ክፍተት) ለማስወገድ መደበኛ ጽዳት ያስፈልጋል። አስፈላጊው ነጥብ ሁሉም ተለዋዋጮች (እንደ ቁሳቁሶች፣ የምንጭ ጋዝ፣ ጊዜ፣ ቅርፅ እና ቅደም ተከተል ያሉ) የጽዳት መፍትሄው ወይም የፕላዝማ ምንጭ ጋዝ ወደ ጉድጓዱ ግርጌ እንዲፈስ ለማረጋገጥ በኦርጋኒክ ማስተካከል አለባቸው። በተለዋዋጭ ላይ ትንሽ ለውጥ የሌሎች ተለዋዋጮችን እንደገና ማስላት ይጠይቃል፣ እና ይህ ዳግም ማስላት ሂደት የእያንዳንዱን ደረጃ ዓላማ እስኪያሟላ ድረስ ይደገማል። በቅርቡ፣ እንደ አቶሚክ ንብርብር ማስቀመጫ (ALD) ንብርብሮች ያሉ ሞኖአቶሚክ ንብርብሮች ቀጭን እና ከባድ እየሆኑ መጥተዋል። ስለዚህ፣ የቅርፊት ቴክኖሎጂ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን እና ግፊቶችን ለመጠቀም እየተንቀሳቀሰ ነው። የቅርፊት ሂደቱ ጥቃቅን ቅጦችን ለማምረት እና በቅጥ ሂደቱ ምክንያት የሚከሰቱ ችግሮች በተለይም ከቅሪት ማስወገጃ ጋር የተያያዙ ችግሮችን ለማስወገድ ወሳኝ ልኬትን (ሲዲ) ለመቆጣጠር ያለመ ነው። ከላይ የተጠቀሱት ሁለት ስለ ቅርጻ ቅርጽ ስራ የሚወጡ ጽሁፎች አንባቢዎች የቁፋሮ ሂደቱን ዓላማ፣ ከላይ የተጠቀሱትን ግቦች ለማሳካት የሚያጋጥሟቸውን እንቅፋቶች እና እንደዚህ አይነት እንቅፋቶችን ለማሸነፍ የሚያገለግሉ የአፈጻጸም አመልካቾችን ግንዛቤ እንዲያገኙ ለማድረግ ያለሙ ናቸው።