সেমিকন্ডাক্টর প্যাটার্নিং প্রক্রিয়া ফ্লো-এচিং

প্রাথমিক ভেজা খোদাই পরিষ্কার বা ছাই প্রক্রিয়ার বিকাশকে উৎসাহিত করেছিল। আজ, প্লাজমা ব্যবহার করে শুষ্ক খোদাই মূলধারায় পরিণত হয়েছেখোদাই প্রক্রিয়া। প্লাজমাতে ইলেকট্রন, ক্যাটায়েন এবং র‍্যাডিকেল থাকে। প্লাজমাতে প্রয়োগ করা শক্তি উৎস গ্যাসের নিরপেক্ষ অবস্থায় থাকা বাইরেরতম ইলেকট্রনগুলিকে ছিনিয়ে নেয়, যার ফলে এই ইলেকট্রনগুলি ক্যাটায়েনে রূপান্তরিত হয়।

এছাড়াও, অণুতে থাকা অপূর্ণ পরমাণুগুলিকে বিদ্যুৎ প্রয়োগ করে বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ র‍্যাডিকেল তৈরির জন্য শক্তি প্রয়োগ করে অপসারণ করা যেতে পারে। শুষ্ক এচিং ক্যাটেশন এবং র‍্যাডিকেল ব্যবহার করে যা প্লাজমা তৈরি করে, যেখানে ক্যাটেশনগুলি অ্যানিসোট্রপিক (একটি নির্দিষ্ট দিকে এচিংয়ের জন্য উপযুক্ত) এবং র‍্যাডিকেলগুলি আইসোট্রপিক (সকল দিকে এচিংয়ের জন্য উপযুক্ত)। র‍্যাডিকেলের সংখ্যা ক্যাটেশনের সংখ্যার চেয়ে অনেক বেশি। এই ক্ষেত্রে, শুষ্ক এচিং ওয়েট এচিংয়ের মতো আইসোট্রপিক হওয়া উচিত।

তবে, শুষ্ক এচিংয়ের অ্যানিসোট্রপিক এচিং অতি-ক্ষুদ্র সার্কিট তৈরি সম্ভব করে তোলে। এর কারণ কী? তাছাড়া, ক্যাটান এবং র‍্যাডিকেলের এচিং গতি খুবই ধীর। তাহলে এই ঘাটতির মুখে আমরা কীভাবে প্লাজমা এচিং পদ্ধতিগুলি ব্যাপক উৎপাদনে প্রয়োগ করতে পারি?

 

 

১. আকৃতির অনুপাত (A/R)

 

চিত্র ১. আকৃতির অনুপাতের ধারণা এবং এর উপর প্রযুক্তিগত অগ্রগতির প্রভাব

 

অ্যাসপেক্ট রেশিও হলো অনুভূমিক প্রস্থ থেকে উল্লম্ব উচ্চতার অনুপাত (অর্থাৎ, উচ্চতাকে প্রস্থ দিয়ে ভাগ করলে)। সার্কিটের ক্রিটিক্যাল ডাইমেনশন (CD) যত ছোট হবে, অ্যাসপেক্ট রেশিওর মান তত বেশি হবে। অর্থাৎ, ধরে নিচ্ছি যে অ্যাসপেক্ট রেশিও মান 10 এবং প্রস্থ 10nm, এচিং প্রক্রিয়ার সময় ড্রিল করা গর্তের উচ্চতা 100nm হওয়া উচিত। অতএব, পরবর্তী প্রজন্মের পণ্যগুলির জন্য যাদের অতি-ক্ষুদ্রকরণ (2D) বা উচ্চ ঘনত্ব (3D) প্রয়োজন, এচিংয়ের সময় ক্যাটেশনগুলি নীচের ফিল্মে প্রবেশ করতে পারে তা নিশ্চিত করার জন্য অত্যন্ত উচ্চ অ্যাসপেক্ট রেশিও মান প্রয়োজন।

 

2D পণ্যগুলিতে 10nm-এর কম গুরুত্বপূর্ণ মাত্রা সহ অতি-ক্ষুদ্রাকৃতি প্রযুক্তি অর্জনের জন্য, ডায়নামিক র‍্যান্ডম অ্যাক্সেস মেমোরি (DRAM) এর ক্যাপাসিটরের আকৃতি অনুপাতের মান 100-এর উপরে বজায় রাখতে হবে। একইভাবে, 3D NAND ফ্ল্যাশ মেমোরিতে 256 স্তর বা তার বেশি সেল স্ট্যাকিং স্তর স্ট্যাক করার জন্য উচ্চতর আকৃতি অনুপাতের মান প্রয়োজন। অন্যান্য প্রক্রিয়াগুলির জন্য প্রয়োজনীয় শর্ত পূরণ হলেও, প্রয়োজনীয় পণ্যগুলি তৈরি করা যাবে না যদিখোদাই প্রক্রিয়ামানসম্মত নয়। এই কারণেই এচিং প্রযুক্তি ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে।

 

 

2. প্লাজমা এচিংয়ের সংক্ষিপ্তসার

 

চিত্র ২. ফিল্মের ধরণ অনুসারে প্লাজমা উৎস গ্যাস নির্ধারণ করা

 

যখন একটি ফাঁপা পাইপ ব্যবহার করা হয়, তখন পাইপের ব্যাস যত সংকুচিত হয়, তরল পদার্থ প্রবেশ করা তত সহজ হয়, যাকে তথাকথিত কৈশিক ঘটনা বলা হয়। তবে, যদি উন্মুক্ত স্থানে একটি গর্ত (বদ্ধ প্রান্ত) ড্রিল করতে হয়, তাহলে তরল পদার্থ প্রবেশ করা বেশ কঠিন হয়ে পড়ে। অতএব, যেহেতু ১৯৭০-এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে সার্কিটের গুরুত্বপূর্ণ আকার ছিল 3um থেকে 5um, তাই শুষ্কখোদাইধীরে ধীরে মূলধারার হিসেবে ওয়েট এচিং প্রতিস্থাপন করেছে। অর্থাৎ, আয়নিত হলেও, গভীর গর্ত ভেদ করা সহজ কারণ একটি একক অণুর আয়তন একটি জৈব পলিমার দ্রবণ অণুর আয়তনের চেয়ে কম।

প্লাজমা এচিংয়ের সময়, এচিংয়ের জন্য ব্যবহৃত প্রক্রিয়াকরণ চেম্বারের অভ্যন্তরটি ভ্যাকুয়াম অবস্থায় সামঞ্জস্য করা উচিত এবং প্রাসঙ্গিক স্তরের জন্য উপযুক্ত প্লাজমা উৎস গ্যাস প্রবেশ করানো উচিত। কঠিন অক্সাইড ফিল্ম এচিংয়ের সময়, শক্তিশালী কার্বন ফ্লোরাইড-ভিত্তিক উৎস গ্যাস ব্যবহার করা উচিত। তুলনামূলকভাবে দুর্বল সিলিকন বা ধাতব ফিল্মের জন্য, ক্লোরিন-ভিত্তিক প্লাজমা উৎস গ্যাস ব্যবহার করা উচিত।

তাহলে, গেট স্তর এবং অন্তর্নিহিত সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2) অন্তরক স্তরটি কীভাবে খোদাই করা উচিত?

প্রথমত, গেট স্তরের জন্য, পলিসিলিকন এচিং সিলেক্টিভিটি সহ ক্লোরিন-ভিত্তিক প্লাজমা (সিলিকন + ক্লোরিন) ব্যবহার করে সিলিকন অপসারণ করা উচিত। নীচের অন্তরক স্তরের জন্য, সিলিকন ডাই অক্সাইড ফিল্মটি দুটি ধাপে কার্বন ফ্লোরাইড-ভিত্তিক প্লাজমা উৎস গ্যাস (সিলিকন ডাই অক্সাইড + কার্বন টেট্রাফ্লোরাইড) ব্যবহার করে খোদাই করা উচিত যার শক্তিশালী এচিং সিলেক্টিভিটি এবং কার্যকারিতা রয়েছে।

 

 

৩. প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিং (RIE বা ভৌত রাসায়নিক এচিং) প্রক্রিয়া

 

চিত্র ৩. প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিংয়ের সুবিধা (অ্যানিসোট্রপি এবং উচ্চ এচিং হার)

 

প্লাজমাতে আইসোট্রপিক ফ্রি র‍্যাডিকেল এবং অ্যানিসোট্রপিক ক্যাটেশন উভয়ই থাকে, তাহলে এটি কীভাবে অ্যানিসোট্রপিক এচিং করে?

প্লাজমা ড্রাই এচিং মূলত রিঅ্যাকটিভ আয়ন এচিং (RIE, রিঅ্যাকটিভ আয়ন এচিং) অথবা এই পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে প্রয়োগের মাধ্যমে করা হয়। RIE পদ্ধতির মূল উদ্দেশ্য হল অ্যানিসোট্রপিক ক্যাটেশন দিয়ে এচিং এলাকা আক্রমণ করে ফিল্মের লক্ষ্য অণুগুলির মধ্যে বন্ধন বলকে দুর্বল করা। দুর্বল এলাকাটি মুক্ত র‍্যাডিকেল দ্বারা শোষিত হয়, স্তর তৈরিকারী কণাগুলির সাথে মিলিত হয়ে গ্যাসে (একটি উদ্বায়ী যৌগ) রূপান্তরিত হয় এবং মুক্তি পায়।

যদিও মুক্ত র‍্যাডিকেলগুলির আইসোট্রপিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবুও নীচের পৃষ্ঠ তৈরি করে এমন অণুগুলি (যাদের বন্ধন বল ক্যাটান আক্রমণের ফলে দুর্বল হয়ে পড়ে) শক্তিশালী বন্ধন বল সহ পার্শ্ব প্রাচীরের তুলনায় মুক্ত র‍্যাডিকেল দ্বারা সহজেই বন্দী হয় এবং নতুন যৌগে রূপান্তরিত হয়। অতএব, নিম্নগামী খোদাই মূলধারায় পরিণত হয়। বন্দী কণাগুলি মুক্ত র‍্যাডিকেল সহ গ্যাসে পরিণত হয়, যা শূন্যতার ক্রিয়ায় পৃষ্ঠ থেকে শোষিত হয় এবং মুক্তি পায়।

 

এই সময়ে, ভৌত ক্রিয়া দ্বারা প্রাপ্ত ক্যাটেশন এবং রাসায়নিক ক্রিয়া দ্বারা প্রাপ্ত মুক্ত র‍্যাডিকেলগুলিকে ভৌত ও রাসায়নিক এচিংয়ের জন্য একত্রিত করা হয় এবং এচিং রেট (এচ রেট, একটি নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে এচিংয়ের মাত্রা) ক্যাটানিক এচিং বা শুধুমাত্র ফ্রি র‍্যাডিকেল এচিংয়ের ক্ষেত্রে তুলনায় ১০ গুণ বৃদ্ধি করা হয়। এই পদ্ধতিটি কেবল অ্যানিসোট্রপিক ডাউনওয়ার্ড এচিংয়ের এচিং রেট বাড়াতে পারে না, বরং এচিংয়ের পরে পলিমার অবশিষ্টাংশের সমস্যাও সমাধান করতে পারে। এই পদ্ধতিটিকে রিঅ্যাকটিভ আয়ন এচিং (RIE) বলা হয়। RIE এচিংয়ের সাফল্যের মূল চাবিকাঠি হল ফিল্ম এচিংয়ের জন্য উপযুক্ত প্লাজমা উৎস গ্যাস খুঁজে বের করা। দ্রষ্টব্য: প্লাজমা এচিং হল RIE এচিং, এবং দুটিকে একই ধারণা হিসেবে বিবেচনা করা যেতে পারে।

 

 

৪. এচ রেট এবং কোর পারফরম্যান্স সূচক

 

চিত্র ৪. ইচ রেট সম্পর্কিত কোর ইচ পারফরম্যান্স সূচক

 

এচ রেট বলতে ফিল্মের গভীরতা বোঝায় যা এক মিনিটের মধ্যে পৌঁছানো সম্ভব। তাহলে এর অর্থ কী যে একটি একক ওয়েফারে এচ রেট অংশ থেকে অংশে পরিবর্তিত হয়?

এর অর্থ হল, ওয়েফারের উপর খোদাইয়ের গভীরতা অংশভেদে পরিবর্তিত হয়। এই কারণে, গড় খোদাইয়ের হার এবং খোদাইয়ের গভীরতা বিবেচনা করে শেষ বিন্দু (EOP) নির্ধারণ করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ যেখানে খোদাই বন্ধ করা উচিত। EOP সেট করা থাকলেও, কিছু কিছু এলাকা রয়েছে যেখানে খোদাইয়ের গভীরতা মূলত পরিকল্পনার চেয়ে গভীর (অতিরিক্ত খোদাই করা) বা অগভীর (আন্তরিক্ত খোদাই করা)। তবে, খোদাইয়ের সময় অতিরিক্ত খোদাইয়ের চেয়ে আন্তরিক্ত খোদাই বেশি ক্ষতি করে। কারণ আন্তরিক্ত খোদাইয়ের ক্ষেত্রে, আন্তরিক্ত খোদাই করা অংশ আয়ন ইমপ্লান্টেশনের মতো পরবর্তী প্রক্রিয়াগুলিকে বাধাগ্রস্ত করবে।

এদিকে, নির্বাচনীতা (এচ রেট দ্বারা পরিমাপ করা) হল এচিং প্রক্রিয়ার একটি গুরুত্বপূর্ণ কর্মক্ষমতা নির্দেশক। পরিমাপের মানটি মাস্ক স্তরের (ফটোরেসিস্ট ফিল্ম, অক্সাইড ফিল্ম, সিলিকন নাইট্রাইড ফিল্ম, ইত্যাদি) এচ রেট এবং লক্ষ্য স্তরের তুলনার উপর ভিত্তি করে তৈরি। এর অর্থ হল নির্বাচনীতা যত বেশি হবে, লক্ষ্য স্তরটি তত দ্রুত এচ করা হবে। ক্ষুদ্রাকৃতিকরণের স্তর যত বেশি হবে, সূক্ষ্ম নিদর্শনগুলি নিখুঁতভাবে উপস্থাপন করা সম্ভব তা নিশ্চিত করার জন্য নির্বাচনীতার প্রয়োজনীয়তা তত বেশি হবে। যেহেতু এচিংয়ের দিকটি সোজা, তাই ক্যাটানিক এচিংয়ের নির্বাচনীতা কম, অন্যদিকে র্যাডিকাল এচিংয়ের নির্বাচনীতা বেশি, যা RIE এর নির্বাচনীতা উন্নত করে।

 

 

৫. খোদাই প্রক্রিয়া

 

চিত্র ৫. খোদাই প্রক্রিয়া

 

প্রথমে, ওয়েফারটিকে একটি জারণ চুল্লিতে স্থাপন করা হয় যার তাপমাত্রা 800 থেকে 1000℃ এর মধ্যে বজায় থাকে, এবং তারপর শুষ্ক পদ্ধতিতে ওয়েফারের পৃষ্ঠে উচ্চ নিরোধক বৈশিষ্ট্য সহ একটি সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2) ফিল্ম তৈরি করা হয়। এরপর, রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD)/ভৌত বাষ্প জমা (PVD) দ্বারা অক্সাইড ফিল্মের উপর একটি সিলিকন স্তর বা একটি পরিবাহী স্তর তৈরি করার জন্য জমা প্রক্রিয়াটি প্রবেশ করানো হয়। যদি একটি সিলিকন স্তর তৈরি হয়, তাহলে প্রয়োজনে পরিবাহিতা বাড়ানোর জন্য একটি অপরিষ্কারতা বিস্তার প্রক্রিয়া সম্পাদন করা যেতে পারে। অপরিষ্কারতা বিস্তার প্রক্রিয়া চলাকালীন, প্রায়শই একাধিক অমেধ্য বারবার যোগ করা হয়।

এই সময়ে, এচিংয়ের জন্য অন্তরক স্তর এবং পলিসিলিকন স্তর একত্রিত করা উচিত। প্রথমে, একটি ফটোরেজিস্ট ব্যবহার করা হয়। পরবর্তীতে, ফটোরেজিস্ট ফিল্মের উপর একটি মুখোশ স্থাপন করা হয় এবং ফটোরেজিস্ট ফিল্মের উপর পছন্দসই প্যাটার্ন (খালি চোখে অদৃশ্য) ছাপানোর জন্য নিমজ্জনের মাধ্যমে ভেজা এক্সপোজার করা হয়। যখন প্যাটার্নের রূপরেখাটি বিকাশের মাধ্যমে প্রকাশিত হয়, তখন আলোক সংবেদনশীল অঞ্চলে থাকা ফটোরেজিস্টটি সরানো হয়। তারপর, ফটোলিথোগ্রাফি প্রক্রিয়া দ্বারা প্রক্রিয়াজাত ওয়েফারটি শুষ্ক এচিংয়ের জন্য এচিং প্রক্রিয়ায় স্থানান্তরিত হয়।

শুষ্ক এচিং মূলত প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিং (RIE) দ্বারা সম্পন্ন হয়, যেখানে প্রতিটি ফিল্মের জন্য উপযুক্ত উৎস গ্যাস প্রতিস্থাপন করে এচিং পুনরাবৃত্তি করা হয়। শুষ্ক এচিং এবং ওয়েট এচিং উভয়ের লক্ষ্যই এচিংয়ের আকৃতির অনুপাত (A/R মান) বৃদ্ধি করা। এছাড়াও, গর্তের নীচে জমে থাকা পলিমার (এচিংয়ের ফলে তৈরি ফাঁক) অপসারণের জন্য নিয়মিত পরিষ্কার করা প্রয়োজন। গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল সমস্ত চলক (যেমন উপকরণ, উৎস গ্যাস, সময়, ফর্ম এবং ক্রম) জৈবভাবে সামঞ্জস্য করা উচিত যাতে পরিষ্কারের দ্রবণ বা প্লাজমা উৎস গ্যাস পরিখার নীচে প্রবাহিত হতে পারে। একটি চলকের সামান্য পরিবর্তনের জন্য অন্যান্য চলকগুলির পুনঃগণনা প্রয়োজন হয় এবং এই পুনঃগণনা প্রক্রিয়াটি প্রতিটি পর্যায়ের উদ্দেশ্য পূরণ না হওয়া পর্যন্ত পুনরাবৃত্তি করা হয়। সম্প্রতি, পারমাণবিক স্তর জমা (ALD) স্তরগুলির মতো এক-পরমাণু স্তরগুলি পাতলা এবং শক্ত হয়ে উঠেছে। অতএব, এচিং প্রযুক্তি নিম্ন তাপমাত্রা এবং চাপ ব্যবহারের দিকে এগিয়ে চলেছে। এচিং প্রক্রিয়ার লক্ষ্য হল সূক্ষ্ম নিদর্শন তৈরির জন্য গুরুত্বপূর্ণ মাত্রা (সিডি) নিয়ন্ত্রণ করা এবং এচিং প্রক্রিয়ার ফলে সৃষ্ট সমস্যাগুলি, বিশেষ করে কম এচিং এবং অবশিষ্টাংশ অপসারণ সম্পর্কিত সমস্যাগুলি এড়ানো নিশ্চিত করা। এচিং সম্পর্কিত উপরোক্ত দুটি নিবন্ধ পাঠকদের এচিং প্রক্রিয়ার উদ্দেশ্য, উপরোক্ত লক্ষ্য অর্জনের বাধা এবং এই ধরনের বাধাগুলি অতিক্রম করার জন্য ব্যবহৃত কর্মক্ষমতা সূচকগুলি সম্পর্কে ধারণা প্রদানের লক্ষ্যে কাজ করে।