সেমিকন্ডাক্টর প্যাটার্নিং প্রক্রিয়া প্রবাহ-এচিং

প্রাথমিক ওয়েট এচিং ক্লিনিং বা অ্যাশিং প্রক্রিয়ার বিকাশে সহায়তা করেছিল। বর্তমানে, প্লাজমা ব্যবহার করে ড্রাই এচিং মূলধারায় পরিণত হয়েছে।এচিং প্রক্রিয়াপ্লাজমা ইলেকট্রন, ক্যাটায়ন এবং র‌্যাডিকেল দ্বারা গঠিত। প্লাজমায় শক্তি প্রয়োগ করলে নিরপেক্ষ অবস্থায় থাকা উৎস গ্যাসের সর্ববহিঃস্থ ইলেকট্রনগুলো বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়, যার ফলে এই ইলেকট্রনগুলো ক্যাটায়নে রূপান্তরিত হয়।

এছাড়াও, শক্তি প্রয়োগ করে অণুর মধ্যে থাকা অসম্পূর্ণ পরমাণুগুলোকে অপসারণ করে বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ র‌্যাডিকেল তৈরি করা যায়। ড্রাই এচিং-এ প্লাজমা গঠনকারী ক্যাটায়ন এবং র‌্যাডিকেল ব্যবহৃত হয়, যেখানে ক্যাটায়নগুলো অ্যানাইসোট্রপিক (একটি নির্দিষ্ট দিকে এচিং-এর জন্য উপযুক্ত) এবং র‌্যাডিকেলগুলো আইসোট্রপিক (সব দিকে এচিং-এর জন্য উপযুক্ত)। র‌্যাডিকেলের সংখ্যা ক্যাটায়নের সংখ্যার চেয়ে অনেক বেশি। এক্ষেত্রে, ড্রাই এচিং ওয়েট এচিং-এর মতো আইসোট্রপিক হওয়া উচিত।

তবে, ড্রাই এচিং-এর অ্যানাইসোট্রপিক এচিং-ই অতি-ক্ষুদ্র সার্কিট তৈরি করা সম্ভব করে তোলে। এর কারণ কী? এছাড়াও, ক্যাটায়ন এবং র‍্যাডিক্যালের এচিং গতি খুবই ধীর। তাহলে এই সীমাবদ্ধতার মুখে আমরা কীভাবে প্লাজমা এচিং পদ্ধতিকে ব্যাপক উৎপাদনে প্রয়োগ করতে পারি?

 

 

১. আকৃতির অনুপাত (A/R)

 

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

 

অ্যাসপেক্ট রেশিও হলো আনুভূমিক প্রস্থ এবং উল্লম্ব উচ্চতার অনুপাত (অর্থাৎ, উচ্চতাকে প্রস্থ দিয়ে ভাগ)। সার্কিটের ক্রিটিক্যাল ডাইমেনশন (CD) যত ছোট হয়, অ্যাসপেক্ট রেশিওর মান তত বেশি হয়। অর্থাৎ, অ্যাসপেক্ট রেশিওর মান ১০ এবং প্রস্থ ১০ ন্যানোমিটার ধরে নিলে, এচিং প্রক্রিয়ার সময় ড্রিল করা গর্তের উচ্চতা ১০০ ন্যানোমিটার হওয়া উচিত। অতএব, পরবর্তী প্রজন্মের পণ্যগুলির জন্য, যেগুলিতে অতি-ক্ষুদ্রকরণ (2D) বা উচ্চ ঘনত্ব (3D) প্রয়োজন, সেখানে অত্যন্ত উচ্চ অ্যাসপেক্ট রেশিওর মান আবশ্যক, যাতে এচিংয়ের সময় ক্যাটায়নগুলি নীচের ফিল্ম ভেদ করতে পারে।

 

2D পণ্যগুলিতে 10nm-এর কম ক্রিটিক্যাল ডাইমেনশন সহ অতি-ক্ষুদ্রকরণ প্রযুক্তি অর্জন করতে, ডাইনামিক র‍্যান্ডম অ্যাক্সেস মেমোরি (DRAM)-এর ক্যাপাসিটর অ্যাসপেক্ট রেশিও মান 100-এর উপরে বজায় রাখা উচিত। একইভাবে, 3D NAND ফ্ল্যাশ মেমোরির ক্ষেত্রেও 256 বা তার বেশি সেল স্ট্যাকিং লেয়ার স্ট্যাক করার জন্য উচ্চতর অ্যাসপেক্ট রেশিও মানের প্রয়োজন হয়। অন্যান্য প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় শর্ত পূরণ করা হলেও, যদি প্রয়োজনীয় পণ্যগুলি উৎপাদন করা না যায়, তবে তা সম্ভব হয় না।এচিং প্রক্রিয়ামানসম্মত নয়। এই কারণেই এচিং প্রযুক্তি ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে।

 

 

২. প্লাজমা এচিং-এর সংক্ষিপ্ত বিবরণ

 

চিত্র ২. ফিল্মের ধরন অনুযায়ী প্লাজমা উৎস গ্যাস নির্ধারণ

 

যখন একটি ফাঁপা নল ব্যবহার করা হয়, তখন নলের ব্যাস যত কম হয়, তরলের প্রবেশ তত সহজ হয়, যাকে কৈশিক ঘটনা বলা হয়। তবে, যদি উন্মুক্ত অংশে একটি ছিদ্র (বন্ধ প্রান্ত) করা হয়, তাহলে তরলের প্রবেশ বেশ কঠিন হয়ে পড়ে। অতএব, যেহেতু ১৯৭০-এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে বর্তনীর সংকট আকার ছিল ৩ মাইক্রোমিটার থেকে ৫ মাইক্রোমিটার, শুষ্কখোদাইধীরে ধীরে ওয়েট এচিং-এর জায়গা নিয়ে এটি মূলধারায় পরিণত হয়েছে। অর্থাৎ, আয়নিত হওয়া সত্ত্বেও এটি দিয়ে গভীর গর্ত তৈরি করা সহজ, কারণ এর একটি অণুর আয়তন জৈব পলিমার দ্রবণের অণুর চেয়ে ছোট।

প্লাজমা এচিং চলাকালীন, সংশ্লিষ্ট স্তরের জন্য উপযুক্ত প্লাজমা উৎস গ্যাস প্রবেশ করানোর আগে এচিং-এর জন্য ব্যবহৃত প্রসেসিং চেম্বারের ভেতরের অংশকে ভ্যাকুয়াম অবস্থায় আনতে হবে। সলিড অক্সাইড ফিল্ম এচিং করার সময়, শক্তিশালী কার্বন ফ্লোরাইড-ভিত্তিক উৎস গ্যাস ব্যবহার করা উচিত। অপেক্ষাকৃত দুর্বল সিলিকন বা ধাতব ফিল্মের জন্য, ক্লোরিন-ভিত্তিক প্লাজমা উৎস গ্যাস ব্যবহার করা উচিত।

সুতরাং, গেট লেয়ার এবং এর নিচের সিলিকন ডাইঅক্সাইড (SiO2) ইনসুলেটিং লেয়ারটি কীভাবে এচিং করা উচিত?

প্রথমে, গেট লেয়ারের জন্য, পলিসিলিকন এচিং সিলেক্টিভিটি সম্পন্ন একটি ক্লোরিন-ভিত্তিক প্লাজমা (সিলিকন + ক্লোরিন) ব্যবহার করে সিলিকন অপসারণ করা উচিত। নিচের ইনসুলেটিং লেয়ারের জন্য, আরও শক্তিশালী এচিং সিলেক্টিভিটি ও কার্যকারিতা সম্পন্ন একটি কার্বন ফ্লোরাইড-ভিত্তিক প্লাজমা সোর্স গ্যাস (সিলিকন ডাইঅক্সাইড + কার্বন টেট্রাফ্লোরাইড) ব্যবহার করে সিলিকন ডাইঅক্সাইড ফিল্মটিকে দুই ধাপে এচ করা উচিত।

 

 

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

 

চিত্র ৩. প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিং-এর সুবিধাসমূহ (অ্যানাইসোট্রপি এবং উচ্চ এচিং হার)

 

প্লাজমায় আইসোট্রপিক ফ্রি র‍্যাডিক্যাল এবং অ্যানাইসোট্রপিক ক্যাটায়ন উভয়ই থাকে, তাহলে এটি কীভাবে অ্যানাইসোট্রপিক এচিং সম্পন্ন করে?

প্লাজমা ড্রাই এচিং প্রধানত রিঅ্যাক্টিভ আয়ন এচিং (RIE) বা এই পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে তৈরি বিভিন্ন প্রয়োগের মাধ্যমে করা হয়। RIE পদ্ধতির মূল ভিত্তি হলো অ্যানাইসোট্রপিক ক্যাটায়ন দ্বারা এচিং এলাকাকে আক্রমণ করে ফিল্মের মধ্যে থাকা টার্গেট অণুগুলোর মধ্যকার বন্ধন শক্তিকে দুর্বল করে দেওয়া। দুর্বল হয়ে যাওয়া এই এলাকাটি মুক্ত মূলক দ্বারা শোষিত হয়, স্তর গঠনকারী কণাগুলোর সাথে মিলিত হয়, গ্যাসে (একটি উদ্বায়ী যৌগ) রূপান্তরিত হয় এবং নির্গত হয়।

যদিও মুক্ত মূলকগুলোর সমদিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবুও শক্তিশালী বন্ধন শক্তি সম্পন্ন পার্শ্ব দেয়ালের তুলনায় নিচের পৃষ্ঠের অণুগুলো (যাদের বন্ধন শক্তি ক্যাটায়নের আক্রমণে দুর্বল হয়ে পড়ে) মুক্ত মূলক দ্বারা আরও সহজে আবদ্ধ হয় এবং নতুন যৌগে রূপান্তরিত হয়। তাই, নিম্নমুখী এচিংই মূলধারায় পরিণত হয়। আবদ্ধ কণাগুলো মুক্ত মূলকের সাথে গ্যাসে পরিণত হয়, যা ভ্যাকুয়ামের প্রভাবে পৃষ্ঠ থেকে অপশোষিত ও নির্গত হয়।

 

এই সময়ে, ভৌত ক্রিয়ার মাধ্যমে প্রাপ্ত ক্যাটায়ন এবং রাসায়নিক ক্রিয়ার মাধ্যমে প্রাপ্ত মুক্ত মূলকগুলোকে ভৌত ও রাসায়নিক এচিং-এর জন্য একত্রিত করা হয়, এবং এর ফলে শুধুমাত্র ক্যাটায়নিক এচিং বা মুক্ত মূলক দ্বারা এচিং-এর তুলনায় এচিং-এর হার (এচ রেট, একটি নির্দিষ্ট সময়ে এচিং-এর মাত্রা) ১০ গুণ বৃদ্ধি পায়। এই পদ্ধতিটি শুধুমাত্র অ্যানাইসোট্রপিক ডাউনওয়ার্ড এচিং-এর হারই বৃদ্ধি করে না, বরং এচিং-এর পরে পলিমারের অবশিষ্টাংশের সমস্যাও সমাধান করে। এই পদ্ধতিকে রিঅ্যাক্টিভ আয়ন এচিং (RIE) বলা হয়। RIE এচিং-এর সাফল্যের মূল চাবিকাঠি হলো ফিল্ম এচিং-এর জন্য উপযুক্ত একটি প্লাজমা উৎস গ্যাস খুঁজে বের করা। দ্রষ্টব্য: প্লাজমা এচিং হলো RIE এচিং, এবং এই দুটিকে একই ধারণা হিসেবে বিবেচনা করা যেতে পারে।

 

 

৪. এচ রেট এবং কোর পারফরম্যান্স ইনডেক্স

 

চিত্র ৪. এচ রেটের সাথে সম্পর্কিত কোর এচ পারফরম্যান্স ইনডেক্স

 

এচ রেট বলতে এক মিনিটে ফিল্মের যে গভীরতায় পৌঁছানো সম্ভব, তাকে বোঝায়। তাহলে একটি একক ওয়েফারে বিভিন্ন অংশের জন্য এচ রেট ভিন্ন হয়, এর মানে কী?

এর মানে হলো, ওয়েফারের বিভিন্ন অংশে এচ ডেপথ ভিন্ন ভিন্ন হয়। এই কারণে, গড় এচ রেট এবং এচ ডেপথ বিবেচনা করে এন্ড পয়েন্ট (EOP) নির্ধারণ করা খুব জরুরি, যেখানে এচিং বন্ধ করা উচিত। EOP নির্ধারণ করা হলেও, এমন কিছু জায়গা থেকে যায় যেখানে এচ ডেপথ মূল পরিকল্পনার চেয়ে বেশি (ওভার-এচড) বা কম (আন্ডার-এচড) হয়। তবে, এচিংয়ের সময় ওভার-এচিংয়ের চেয়ে আন্ডার-এচিং বেশি ক্ষতি করে। কারণ আন্ডার-এচিংয়ের ক্ষেত্রে, আন্ডার-এচড অংশটি আয়ন ইমপ্লান্টেশনের মতো পরবর্তী প্রক্রিয়াগুলোকে বাধাগ্রস্ত করে।

অন্যদিকে, সিলেক্টিভিটি (যা এচ রেট দ্বারা পরিমাপ করা হয়) হলো এচিং প্রক্রিয়ার একটি প্রধান পারফরম্যান্স সূচক। এর পরিমাপের মানদণ্ডটি মাস্ক লেয়ার (ফটোরেসিস্ট ফিল্ম, অক্সাইড ফিল্ম, সিলিকন নাইট্রাইড ফিল্ম, ইত্যাদি) এবং টার্গেট লেয়ারের এচ রেটের তুলনার উপর ভিত্তি করে নির্ধারিত হয়। এর অর্থ হলো, সিলেক্টিভিটি যত বেশি হবে, টার্গেট লেয়ার তত দ্রুত এচ হবে। ক্ষুদ্রাকরণের মাত্রা যত বেশি হবে, সূক্ষ্ম প্যাটার্নগুলো নিখুঁতভাবে উপস্থাপন করা নিশ্চিত করার জন্য সিলেক্টিভিটির প্রয়োজনীয়তাও তত বেশি হবে। যেহেতু এচিংয়ের দিকটি সরলরৈখিক, তাই ক্যাটায়নিক এচিংয়ের সিলেক্টিভিটি কম, অন্যদিকে র‍্যাডিক্যাল এচিংয়ের সিলেক্টিভিটি বেশি, যা RIE-এর সিলেক্টিভিটি উন্নত করে।

 

 

৫. এচিং প্রক্রিয়া

 

চিত্র ৫. এচিং প্রক্রিয়া

 

প্রথমে, ওয়েফারটিকে একটি অক্সিডেশন ফার্নেসে রাখা হয় যেখানে তাপমাত্রা ৮০০ থেকে ১০০০℃-এর মধ্যে বজায় রাখা হয়, এবং তারপর একটি শুষ্ক পদ্ধতির মাধ্যমে ওয়েফারটির পৃষ্ঠে উচ্চ অন্তরক বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন একটি সিলিকন ডাইঅক্সাইড (SiO2) ফিল্ম তৈরি করা হয়। এরপর, কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (CVD)/ফিজিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (PVD) পদ্ধতিতে অক্সাইড ফিল্মের উপর একটি সিলিকন স্তর বা একটি পরিবাহী স্তর গঠনের জন্য ডিপোজিশন প্রক্রিয়া শুরু করা হয়। যদি একটি সিলিকন স্তর তৈরি করা হয়, তবে প্রয়োজনে পরিবাহিতা বাড়ানোর জন্য একটি ইম্পিউরিটি ডিফিউশন প্রক্রিয়া সম্পন্ন করা যেতে পারে। ইম্পিউরিটি ডিফিউশন প্রক্রিয়ার সময়, প্রায়শই একাধিক ইম্পিউরিটি বারবার যোগ করা হয়।

এই পর্যায়ে, এচিং-এর জন্য ইনসুলেটিং লেয়ার এবং পলিসিলিকন লেয়ারকে একত্রিত করা উচিত। প্রথমে, একটি ফটোরেজিস্ট ব্যবহার করা হয়। পরবর্তীতে, ফটোরেজিস্ট ফিল্মের উপর একটি মাস্ক স্থাপন করা হয় এবং নিমজ্জনের মাধ্যমে ওয়েট এক্সপোজার করা হয়, যাতে ফটোরেজিস্ট ফিল্মের উপর কাঙ্ক্ষিত প্যাটার্নটি (যা খালি চোখে অদৃশ্য) ছাপানো যায়। যখন ডেভেলপমেন্টের মাধ্যমে প্যাটার্নের রূপরেখা প্রকাশিত হয়, তখন আলোক-সংবেদনশীল এলাকার ফটোরেজিস্ট অপসারণ করা হয়। তারপর, ফটোলিথোগ্রাফি প্রক্রিয়ায় প্রক্রিয়াজাত ওয়েফারটিকে ড্রাই এচিং-এর জন্য এচিং প্রক্রিয়ায় স্থানান্তর করা হয়।

ড্রাই এচিং প্রধানত রিঅ্যাক্টিভ আয়ন এচিং (RIE) পদ্ধতিতে করা হয়, যেখানে প্রতিটি ফিল্মের জন্য উপযুক্ত সোর্স গ্যাস পরিবর্তন করে এচিং প্রক্রিয়াটির পুনরাবৃত্তি করা হয়। ড্রাই এচিং এবং ওয়েট এচিং উভয়েরই লক্ষ্য হলো এচিং-এর অ্যাসপেক্ট রেশিও (A/R মান) বৃদ্ধি করা। এছাড়াও, গর্তের (এচিং-এর ফলে সৃষ্ট ফাঁক) নিচে জমে থাকা পলিমার অপসারণের জন্য নিয়মিত পরিষ্কার করা প্রয়োজন। গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, সমস্ত চলক (যেমন উপাদান, সোর্স গ্যাস, সময়, ধরন এবং ক্রম) এমনভাবে সমন্বয় করা উচিত যাতে পরিষ্কারক দ্রবণ বা প্লাজমা সোর্স গ্যাস ট্রেঞ্চের একেবারে তলদেশ পর্যন্ত প্রবাহিত হতে পারে। কোনো একটি চলকের সামান্য পরিবর্তনে অন্যান্য চলকগুলোর পুনর্গণনার প্রয়োজন হয় এবং এই পুনর্গণনা প্রক্রিয়াটি প্রতিটি পর্যায়ের উদ্দেশ্য পূরণ না হওয়া পর্যন্ত পুনরাবৃত্তি করা হয়। সম্প্রতি, অ্যাটমিক লেয়ার ডিপোজিশন (ALD) লেয়ারের মতো মনোঅ্যাটমিক লেয়ারগুলো আরও পাতলা এবং কঠিন হয়ে উঠেছে। তাই, এচিং প্রযুক্তি নিম্ন তাপমাত্রা এবং চাপের ব্যবহারের দিকে এগিয়ে যাচ্ছে। এচিং প্রক্রিয়ার লক্ষ্য হলো ক্রিটিক্যাল ডাইমেনশন (CD) নিয়ন্ত্রণ করে সূক্ষ্ম নকশা তৈরি করা এবং এচিং প্রক্রিয়ার কারণে সৃষ্ট সমস্যা, বিশেষ করে আন্ডার-এচিং এবং অবশিষ্টাংশ অপসারণ সম্পর্কিত সমস্যাগুলো এড়ানো নিশ্চিত করা। এচিং সম্পর্কিত উপরোক্ত দুটি প্রবন্ধের উদ্দেশ্য হলো পাঠকদের এচিং প্রক্রিয়ার লক্ষ্য, উক্ত লক্ষ্যগুলো অর্জনের প্রতিবন্ধকতা এবং সেই প্রতিবন্ধকতাগুলো অতিক্রম করতে ব্যবহৃত কার্যকারিতা সূচকসমূহ সম্পর্কে একটি ধারণা প্রদান করা।