अर्धचालक पैटर्निंग प्रक्रिया प्रवाह-नक़्क़ाशी

शुरुआती गीली नक्काशी ने सफाई या राख बनाने की प्रक्रियाओं के विकास को बढ़ावा दिया। आज, प्लाज़्मा का उपयोग करके सूखी नक्काशी मुख्यधारा बन गई हैनक़्काशी प्रक्रियाप्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन, धनायन और मूलक होते हैं। प्लाज्मा पर लागू ऊर्जा के कारण तटस्थ अवस्था में स्रोत गैस के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन अलग हो जाते हैं, जिससे ये इलेक्ट्रॉन धनायन में परिवर्तित हो जाते हैं।

इसके अलावा, अणुओं में अपूर्ण परमाणुओं को ऊर्जा लगाकर अलग किया जा सकता है, जिससे विद्युत रूप से तटस्थ मूलक बनते हैं। सूखी नक्काशी में धनायन और मूलक का उपयोग किया जाता है जो प्लाज्मा बनाते हैं, जहाँ धनायन अनिसोट्रोपिक (एक निश्चित दिशा में नक्काशी के लिए उपयुक्त) होते हैं और मूलक समदैशिक (सभी दिशाओं में नक्काशी के लिए उपयुक्त) होते हैं। मूलकों की संख्या धनायनों की संख्या से कहीं अधिक होती है। इस मामले में, सूखी नक्काशी गीली नक्काशी की तरह समदैशिक होनी चाहिए।

हालाँकि, यह सूखी नक़्क़ाशी की अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी है जो अल्ट्रा-मिनीट्यूराइज़्ड सर्किट को संभव बनाती है। इसका क्या कारण है? इसके अलावा, धनायनों और मूलकों की नक़्क़ाशी की गति बहुत धीमी है। तो हम इस कमी के सामने बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए प्लाज्मा नक़्क़ाशी के तरीकों को कैसे लागू कर सकते हैं?

 

 

1. पहलू अनुपात (ए/आर)

 

चित्र 1. पहलू अनुपात की अवधारणा और उस पर तकनीकी प्रगति का प्रभाव

 

पहलू अनुपात क्षैतिज चौड़ाई से ऊर्ध्वाधर ऊंचाई का अनुपात है (यानी, चौड़ाई से विभाजित ऊंचाई)। सर्किट का महत्वपूर्ण आयाम (सीडी) जितना छोटा होगा, पहलू अनुपात मूल्य उतना ही बड़ा होगा। यानी, 10 का पहलू अनुपात मान और 10nm की चौड़ाई मानते हुए, नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान ड्रिल किए गए छेद की ऊंचाई 100nm होनी चाहिए। इसलिए, अगली पीढ़ी के उत्पादों के लिए जिन्हें अल्ट्रा-मिनिएचराइज़ेशन (2D) या उच्च घनत्व (3D) की आवश्यकता होती है, यह सुनिश्चित करने के लिए अत्यधिक उच्च पहलू अनुपात मूल्यों की आवश्यकता होती है कि नक़्क़ाशी के दौरान धनायन नीचे की फिल्म में प्रवेश कर सकें।

 

2D उत्पादों में 10nm से कम के महत्वपूर्ण आयाम के साथ अल्ट्रा-मिनिएचराइजेशन तकनीक को प्राप्त करने के लिए, डायनेमिक रैंडम एक्सेस मेमोरी (DRAM) के कैपेसिटर पहलू अनुपात मूल्य को 100 से ऊपर बनाए रखा जाना चाहिए। इसी तरह, 3D NAND फ्लैश मेमोरी को भी सेल स्टैकिंग परतों की 256 या उससे अधिक परतों को स्टैक करने के लिए उच्च पहलू अनुपात मूल्यों की आवश्यकता होती है। भले ही अन्य प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक शर्तें पूरी हो जाएं, लेकिन आवश्यक उत्पाद तब तक नहीं बनाए जा सकते जब तक किनक़्काशी प्रक्रियामानक के अनुरूप नहीं है। यही कारण है कि नक्काशी तकनीक तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही है।

 

 

2. प्लाज्मा एचिंग का अवलोकन

 

चित्र 2. फिल्म प्रकार के अनुसार प्लाज्मा स्रोत गैस का निर्धारण

 

जब एक खोखली पाइप का उपयोग किया जाता है, तो पाइप का व्यास जितना संकरा होता है, तरल के लिए प्रवेश करना उतना ही आसान होता है, जिसे तथाकथित केशिका घटना कहा जाता है। हालाँकि, यदि खुले क्षेत्र में एक छेद (बंद छोर) ड्रिल किया जाना है, तो तरल का इनपुट काफी मुश्किल हो जाता है। इसलिए, चूंकि 1970 के दशक के मध्य में सर्किट का महत्वपूर्ण आकार 3um से 5um था, इसलिए सूखाएचिंगधीरे-धीरे गीली नक्काशी को मुख्यधारा के रूप में बदल दिया है। यानी, आयनित होने के बावजूद, गहरे छिद्रों में घुसना आसान है क्योंकि एक अणु का आयतन कार्बनिक बहुलक विलयन अणु की तुलना में छोटा होता है।

प्लाज़्मा नक़्काशी के दौरान, नक़्काशी के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले प्रसंस्करण कक्ष के अंदरूनी हिस्से को संबंधित परत के लिए उपयुक्त प्लाज़्मा स्रोत गैस को इंजेक्ट करने से पहले वैक्यूम अवस्था में समायोजित किया जाना चाहिए। ठोस ऑक्साइड फ़िल्मों की नक़्काशी करते समय, मज़बूत कार्बन फ़्लोराइड-आधारित स्रोत गैसों का इस्तेमाल किया जाना चाहिए। अपेक्षाकृत कमज़ोर सिलिकॉन या धातु फ़िल्मों के लिए, क्लोरीन-आधारित प्लाज़्मा स्रोत गैसों का इस्तेमाल किया जाना चाहिए।

तो, गेट परत और अंतर्निहित सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) इन्सुलेटिंग परत को कैसे उकेरा जाना चाहिए?

सबसे पहले, गेट परत के लिए, पॉलीसिलिकॉन नक़्काशी चयनात्मकता के साथ क्लोरीन-आधारित प्लाज्मा (सिलिकॉन + क्लोरीन) का उपयोग करके सिलिकॉन को हटाया जाना चाहिए। निचली इन्सुलेटिंग परत के लिए, सिलिकॉन डाइऑक्साइड फिल्म को मजबूत नक़्काशी चयनात्मकता और प्रभावशीलता के साथ कार्बन फ्लोराइड-आधारित प्लाज्मा स्रोत गैस (सिलिकॉन डाइऑक्साइड + कार्बन टेट्राफ्लोराइड) का उपयोग करके दो चरणों में नक़्काशी की जानी चाहिए।

 

 

3. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्काशी (आरआईई या भौतिक रासायनिक नक़्काशी) प्रक्रिया

 

चित्र 3. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्काशी के लाभ (अनिसोट्रॉपी और उच्च नक़्काशी दर)

 

प्लाज्मा में समदैशिक मुक्त मूलक और विषमदैशिक धनायन दोनों होते हैं, तो यह विषमदैशिक नक़्काशी कैसे करता है?

प्लाज्मा ड्राई एचिंग मुख्य रूप से रिएक्टिव आयन एचिंग (RIE, रिएक्टिव आयन एचिंग) या इस पद्धति पर आधारित अनुप्रयोगों द्वारा की जाती है। RIE पद्धति का मूल उद्देश्य फिल्म में लक्ष्य अणुओं के बीच बंधन बल को कमजोर करना है, जिसके लिए एनिसोट्रोपिक कैटायनों के साथ एचिंग क्षेत्र पर हमला किया जाता है। कमजोर क्षेत्र मुक्त कणों द्वारा अवशोषित हो जाता है, परत बनाने वाले कणों के साथ मिलकर गैस (एक वाष्पशील यौगिक) में परिवर्तित हो जाता है और निकल जाता है।

हालांकि मुक्त कणों में आइसोट्रोपिक विशेषताएं होती हैं, लेकिन नीचे की सतह बनाने वाले अणु (जिनकी बंधन शक्ति धनायनों के हमले से कमजोर हो जाती है) को मुक्त कणों द्वारा अधिक आसानी से पकड़ लिया जाता है और मजबूत बंधन शक्ति वाली पार्श्व दीवारों की तुलना में नए यौगिकों में परिवर्तित कर दिया जाता है। इसलिए, नीचे की ओर नक़्काशी मुख्यधारा बन जाती है। पकड़े गए कण मुक्त कणों के साथ गैस बन जाते हैं, जिन्हें वैक्यूम की क्रिया के तहत सतह से हटा दिया जाता है और छोड़ दिया जाता है।

 

इस समय, भौतिक क्रिया द्वारा प्राप्त धनायनों और रासायनिक क्रिया द्वारा प्राप्त मुक्त कणों को भौतिक और रासायनिक नक़्क़ाशी के लिए संयोजित किया जाता है, और नक़्क़ाशी दर (नक़्क़ाशी दर, एक निश्चित अवधि में नक़्क़ाशी की डिग्री) को धनायनिक नक़्क़ाशी या अकेले मुक्त कण नक़्क़ाशी के मामले की तुलना में 10 गुना बढ़ा दिया जाता है। यह विधि न केवल अनिसोट्रोपिक डाउनवर्ड नक़्क़ाशी की नक़्क़ाशी दर को बढ़ा सकती है, बल्कि नक़्क़ाशी के बाद बहुलक अवशेषों की समस्या को भी हल कर सकती है। इस विधि को रिएक्टिव आयन नक़्क़ाशी (RIE) कहा जाता है। RIE नक़्क़ाशी की सफलता की कुंजी फिल्म की नक़्क़ाशी के लिए उपयुक्त प्लाज्मा स्रोत गैस को ढूंढना है। नोट: प्लाज्मा नक़्क़ाशी RIE नक़्क़ाशी है, और दोनों को एक ही अवधारणा के रूप में माना जा सकता है।

 

 

4. एच दर और कोर प्रदर्शन सूचकांक

 

चित्र 4. एच दर से संबंधित कोर एच प्रदर्शन सूचकांक

 

एच दर का मतलब है फिल्म की वह गहराई जो एक मिनट में पहुंचने की उम्मीद है। तो इसका क्या मतलब है कि एक ही वेफर पर एच दर अलग-अलग हिस्सों में अलग-अलग होती है?

इसका मतलब यह है कि वेफर पर हर हिस्से में नक़्काशी की गहराई अलग-अलग होती है। इस कारण से, औसत नक़्काशी दर और नक़्काशी की गहराई पर विचार करके वह अंतिम बिंदु (ईओपी) निर्धारित करना बहुत महत्वपूर्ण है जहाँ नक़्काशी बंद होनी चाहिए। भले ही ईओपी सेट हो, फिर भी कुछ ऐसे क्षेत्र हैं जहाँ नक़्काशी की गहराई मूल रूप से नियोजित की तुलना में अधिक गहरी (ओवर-एच्ड) या उथली (अंडर-एच्ड) है। हालाँकि, नक़्काशी के दौरान ओवर-एचिंग की तुलना में अंडर-एचिंग अधिक नुकसान पहुँचाती है। क्योंकि अंडर-एचिंग के मामले में, अंडर-एच्ड हिस्सा आयन इम्प्लांटेशन जैसी बाद की प्रक्रियाओं में बाधा उत्पन्न करेगा।

इस बीच, चयनात्मकता (नक़्क़ाशी दर द्वारा मापा गया) नक़्क़ाशी प्रक्रिया का एक प्रमुख प्रदर्शन संकेतक है। माप मानक मास्क परत (फोटोरेसिस्ट फिल्म, ऑक्साइड फिल्म, सिलिकॉन नाइट्राइड फिल्म, आदि) और लक्ष्य परत की नक़्क़ाशी दर की तुलना पर आधारित है। इसका मतलब है कि चयनात्मकता जितनी अधिक होगी, लक्ष्य परत उतनी ही तेज़ी से नक़्क़ाशीदार होगी। लघुकरण का स्तर जितना अधिक होगा, चयनात्मकता की आवश्यकता उतनी ही अधिक होगी ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बारीक पैटर्न पूरी तरह से प्रस्तुत किए जा सकें। चूँकि नक़्क़ाशी दिशा सीधी होती है, इसलिए कैशनिक नक़्क़ाशी की चयनात्मकता कम होती है, जबकि रेडिकल नक़्क़ाशी की चयनात्मकता अधिक होती है, जो RIE की चयनात्मकता में सुधार करती है।

 

 

5. नक़्काशी प्रक्रिया

 

चित्र 5. नक़्काशी प्रक्रिया

 

सबसे पहले, वेफर को 800 से 1000 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर ऑक्सीकरण भट्टी में रखा जाता है, और फिर वेफर की सतह पर उच्च इन्सुलेशन गुणों वाली सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) फिल्म को शुष्क विधि से बनाया जाता है। इसके बाद, ऑक्साइड फिल्म पर रासायनिक वाष्प जमाव (CVD)/भौतिक वाष्प जमाव (PVD) द्वारा सिलिकॉन परत या प्रवाहकीय परत बनाने के लिए जमाव प्रक्रिया में प्रवेश किया जाता है। यदि सिलिकॉन परत बन जाती है, तो यदि आवश्यक हो तो चालकता बढ़ाने के लिए अशुद्धता प्रसार प्रक्रिया की जा सकती है। अशुद्धता प्रसार प्रक्रिया के दौरान, कई अशुद्धियाँ अक्सर बार-बार डाली जाती हैं।

इस समय, इंसुलेटिंग परत और पॉलीसिलिकॉन परत को नक़्काशी के लिए संयोजित किया जाना चाहिए। सबसे पहले, एक फोटोरेसिस्ट का उपयोग किया जाता है। इसके बाद, फोटोरेसिस्ट फिल्म पर एक मुखौटा लगाया जाता है और फोटोरेसिस्ट फिल्म पर वांछित पैटर्न (नग्न आंखों के लिए अदृश्य) को छापने के लिए विसर्जन द्वारा गीला प्रदर्शन किया जाता है। जब पैटर्न की रूपरेखा विकास द्वारा प्रकट होती है, तो प्रकाश संवेदनशील क्षेत्र में फोटोरेसिस्ट को हटा दिया जाता है। फिर, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया द्वारा संसाधित वेफर को सूखी नक़्काशी के लिए नक़्काशी प्रक्रिया में स्थानांतरित किया जाता है।

सूखी नक़्क़ाशी मुख्य रूप से रिएक्टिव आयन नक़्क़ाशी (RIE) द्वारा की जाती है, जिसमें नक़्क़ाशी मुख्य रूप से प्रत्येक फ़िल्म के लिए उपयुक्त स्रोत गैस को बदलकर दोहराई जाती है। सूखी नक़्क़ाशी और गीली नक़्क़ाशी दोनों का उद्देश्य नक़्क़ाशी के पहलू अनुपात (A/R मान) को बढ़ाना है। इसके अलावा, छेद के तल पर जमा हुए पॉलिमर (नक़्क़ाशी द्वारा बनाई गई खाई) को हटाने के लिए नियमित सफ़ाई की आवश्यकता होती है। महत्वपूर्ण बात यह है कि सभी चर (जैसे सामग्री, स्रोत गैस, समय, रूप और अनुक्रम) को व्यवस्थित रूप से समायोजित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सफ़ाई समाधान या प्लाज्मा स्रोत गैस खाई के तल तक प्रवाहित हो सके। एक चर में थोड़ा सा बदलाव करने पर अन्य चरों की पुनर्गणना की आवश्यकता होती है, और यह पुनर्गणना प्रक्रिया तब तक दोहराई जाती है जब तक कि यह प्रत्येक चरण के उद्देश्य को पूरा न कर ले। हाल ही में, परमाणु परत जमाव (ALD) परतों जैसी मोनोएटोमिक परतें पतली और सख्त हो गई हैं। इसलिए, नक़्क़ाशी तकनीक कम तापमान और दबाव के उपयोग की ओर बढ़ रही है। नक़्काशी प्रक्रिया का उद्देश्य बारीक पैटर्न बनाने के लिए महत्वपूर्ण आयाम (सीडी) को नियंत्रित करना और यह सुनिश्चित करना है कि नक़्काशी प्रक्रिया के कारण होने वाली समस्याओं से बचा जाए, विशेष रूप से अंडर-नक़्काशी और अवशेष हटाने से संबंधित समस्याओं से। नक़्काशी पर उपरोक्त दो लेखों का उद्देश्य पाठकों को नक़्काशी प्रक्रिया के उद्देश्य, उपरोक्त लक्ष्यों को प्राप्त करने में आने वाली बाधाओं और ऐसी बाधाओं को दूर करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रदर्शन संकेतकों की समझ प्रदान करना है।