सेमीकंडक्टर पॅटर्निंग प्रक्रिया फ्लो-एचिंग

सुरुवातीच्या ओल्या एचिंगमुळे स्वच्छता किंवा राख प्रक्रिया विकसित होण्यास मदत झाली. आज, प्लाझ्मा वापरून कोरडे एचिंग हे मुख्य प्रवाह बनले आहे.कोरीवकाम प्रक्रिया. प्लाझ्मामध्ये इलेक्ट्रॉन, कॅटायन आणि रेडिकल असतात. प्लाझ्मावर लागू होणाऱ्या ऊर्जेमुळे उगम वायूचे तटस्थ अवस्थेत असलेले सर्वात बाहेरील इलेक्ट्रॉन काढून टाकले जातात, ज्यामुळे हे इलेक्ट्रॉन कॅटायनमध्ये रूपांतरित होतात.

याव्यतिरिक्त, रेणूंमधील अपूर्ण अणूंना विद्युतदृष्ट्या तटस्थ रॅडिकल्स तयार करण्यासाठी ऊर्जा वापरून काढून टाकता येते. ड्राय एचिंगमध्ये प्लाझ्मा बनवणारे कॅशन आणि रॅडिकल्स वापरतात, जिथे कॅशन अॅनिसोट्रॉपिक असतात (एका विशिष्ट दिशेने एचिंगसाठी योग्य) आणि रेडिकल्स आयसोट्रॉपिक असतात (सर्व दिशांमध्ये एचिंगसाठी योग्य). रेडिकल्सची संख्या कॅशनच्या संख्येपेक्षा खूप जास्त असते. या प्रकरणात, ड्राय एचिंग ओल्या एचिंगसारखे आयसोट्रॉपिक असावे.

तथापि, ड्राय एचिंगच्या अ‍ॅनिसोट्रॉपिक एचिंगमुळे अल्ट्रा-मिनिएच्युराइज्ड सर्किट्स शक्य होतात. याचे कारण काय आहे? याव्यतिरिक्त, कॅटेशन आणि रॅडिकल्सचा एचिंग वेग खूप कमी आहे. तर मग या कमतरतेला तोंड देताना आपण मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी प्लाझ्मा एचिंग पद्धती कशा लागू करू शकतो?

 

 

१. गुणोत्तर (A/R)

 

आकृती १. आस्पेक्ट रेशोची संकल्पना आणि त्यावर तांत्रिक प्रगतीचा परिणाम

 

आस्पेक्ट रेशो म्हणजे क्षैतिज रुंदी आणि उभ्या उंचीचे गुणोत्तर (म्हणजेच, उंची भागिले रुंदी). सर्किटचे क्रिटिकल डायमेंशन (CD) जितके लहान असेल तितके आस्पेक्ट रेशो व्हॅल्यू जास्त असेल. म्हणजेच, आस्पेक्ट रेशो व्हॅल्यू 10 आणि रुंदी 10nm गृहीत धरल्यास, एचिंग प्रक्रियेदरम्यान ड्रिल केलेल्या छिद्राची उंची 100nm असावी. म्हणून, अल्ट्रा-मिनिएच्युरायझेशन (2D) किंवा उच्च घनता (3D) आवश्यक असलेल्या पुढील पिढीच्या उत्पादनांसाठी, एचिंग दरम्यान कॅशन्स तळाच्या फिल्ममध्ये प्रवेश करू शकतील याची खात्री करण्यासाठी अत्यंत उच्च आस्पेक्ट रेशो व्हॅल्यू आवश्यक आहेत.

 

2D उत्पादनांमध्ये 10nm पेक्षा कमी गंभीर परिमाण असलेले अल्ट्रा-मिनिएच्युरायझेशन तंत्रज्ञान साध्य करण्यासाठी, डायनॅमिक रँडम अॅक्सेस मेमरी (DRAM) चे कॅपेसिटर आस्पेक्ट रेशो मूल्य 100 च्या वर राखले पाहिजे. त्याचप्रमाणे, 3D NAND फ्लॅश मेमरीला 256 किंवा त्याहून अधिक थरांचे सेल स्टॅकिंग थर स्टॅक करण्यासाठी उच्च आस्पेक्ट रेशो मूल्यांची आवश्यकता असते. इतर प्रक्रियांसाठी आवश्यक असलेल्या अटी पूर्ण झाल्या तरीही, आवश्यक उत्पादने तयार करता येत नाहीत जरकोरीवकाम प्रक्रियामानकांनुसार नाही. म्हणूनच एचिंग तंत्रज्ञान अधिकाधिक महत्त्वाचे होत चालले आहे.

 

 

२. प्लाझ्मा एचिंगचा आढावा

 

आकृती २. फिल्म प्रकारानुसार प्लाझ्मा स्रोत वायू निश्चित करणे

 

जेव्हा पोकळ पाईप वापरला जातो, तेव्हा पाईपचा व्यास जितका अरुंद असेल तितके द्रव आत जाणे सोपे होते, ज्याला केशिका घटना म्हणतात. तथापि, जर उघड्या भागात छिद्र (बंद टोक) ड्रिल करायचे असेल तर द्रवाचे इनपुट करणे खूप कठीण होते. म्हणूनच, १९७० च्या दशकाच्या मध्यात सर्किटचा गंभीर आकार ३um ते ५um होता, त्यामुळे कोरडेकोरीवकामहळूहळू मुख्य प्रवाह म्हणून ओल्या एचिंगची जागा घेतली आहे. म्हणजेच, जरी आयनीकृत असले तरी, खोल छिद्रांमध्ये प्रवेश करणे सोपे आहे कारण एका रेणूचे आकारमान सेंद्रिय पॉलिमर द्रावणाच्या रेणूपेक्षा कमी असते.

प्लाझ्मा एचिंग दरम्यान, एचिंगसाठी वापरल्या जाणाऱ्या प्रोसेसिंग चेंबरच्या आतील भागाला संबंधित थरासाठी योग्य असलेला प्लाझ्मा सोर्स गॅस इंजेक्ट करण्यापूर्वी व्हॅक्यूम स्थितीत समायोजित केले पाहिजे. सॉलिड ऑक्साईड फिल्म्स एचिंग करताना, मजबूत कार्बन फ्लोराईड-आधारित सोर्स वायू वापरावेत. तुलनेने कमकुवत सिलिकॉन किंवा मेटल फिल्म्ससाठी, क्लोरीन-आधारित प्लाझ्मा सोर्स वायू वापरावेत.

तर, गेट लेयर आणि अंतर्निहित सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2) इन्सुलेटिंग लेयर कसे कोरले पाहिजे?

प्रथम, गेट लेयरसाठी, पॉलिसिलिकॉन एचिंग सिलेक्टिव्हिटीसह क्लोरीन-आधारित प्लाझ्मा (सिलिकॉन + क्लोरीन) वापरून सिलिकॉन काढून टाकावे. तळाच्या इन्सुलेटिंग लेयरसाठी, सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्म दोन टप्प्यात कोरली पाहिजे ज्यामध्ये कार्बन फ्लोराइड-आधारित प्लाझ्मा सोर्स गॅस (सिलिकॉन डायऑक्साइड + कार्बन टेट्राफ्लोराइड) अधिक मजबूत एचिंग सिलेक्टिव्हिटी आणि प्रभावीता असेल.

 

 

३. रिअ‍ॅक्टिव्ह आयन एचिंग (RIE किंवा फिजिकोकेमिकल एचिंग) प्रक्रिया

 

आकृती ३. रिऍक्टिव्ह आयन एचिंगचे फायदे (अ‍ॅनिसोट्रॉपी आणि उच्च एचिंग रेट)

 

प्लाझ्मामध्ये समस्थानिक मुक्त रॅडिकल्स आणि अ‍ॅनिसोट्रॉपिक कॅशन्स दोन्ही असतात, तर ते अ‍ॅनिसोट्रॉपिक एचिंग कसे करते?

प्लाझ्मा ड्राय एचिंग हे प्रामुख्याने रिअ‍ॅक्टिव्ह आयन एचिंग (RIE, रिअ‍ॅक्टिव्ह आयन एचिंग) किंवा या पद्धतीवर आधारित अनुप्रयोगांद्वारे केले जाते. RIE पद्धतीचा गाभा म्हणजे फिल्ममधील लक्ष्य रेणूंमधील बंधन शक्ती कमकुवत करणे आणि अॅनिसोट्रॉपिक कॅशन्सने एचिंग क्षेत्रावर हल्ला करणे. कमकुवत क्षेत्र मुक्त रॅडिकल्सद्वारे शोषले जाते, थर बनवणाऱ्या कणांसह एकत्रित केले जाते, वायूमध्ये रूपांतरित होते (एक अस्थिर संयुग) आणि सोडले जाते.

जरी मुक्त रॅडिकल्समध्ये समस्थानिक वैशिष्ट्ये असली तरी, तळाच्या पृष्ठभागावर असलेले रेणू (ज्यांची बंधन शक्ती कॅटायनच्या हल्ल्यामुळे कमकुवत होते) मुक्त रॅडिकल्सद्वारे अधिक सहजपणे पकडले जातात आणि मजबूत बंधन शक्ती असलेल्या बाजूच्या भिंतींपेक्षा नवीन संयुगांमध्ये रूपांतरित होतात. म्हणून, खालच्या दिशेने जाणारे एचिंग मुख्य प्रवाह बनते. पकडलेले कण मुक्त रॅडिकल्ससह वायू बनतात, जे व्हॅक्यूमच्या क्रियेखाली पृष्ठभागावरून शोषले जातात आणि सोडले जातात.

 

यावेळी, भौतिक क्रियेद्वारे मिळवलेले कॅटेशन आणि रासायनिक क्रियेद्वारे मिळवलेले मुक्त रॅडिकल्स भौतिक आणि रासायनिक एचिंगसाठी एकत्र केले जातात आणि एचिंग रेट (एच रेट, विशिष्ट कालावधीत एचिंगची डिग्री) कॅशनिक एचिंग किंवा फ्री रॅडिकल एचिंगच्या तुलनेत 10 पट वाढवला जातो. ही पद्धत केवळ अॅनिसोट्रॉपिक डाउनवर्ड एचिंगचा एचिंग रेट वाढवू शकत नाही, तर एचिंगनंतर पॉलिमर अवशेषांची समस्या देखील सोडवू शकते. या पद्धतीला रिअॅक्टिव्ह आयन एचिंग (RIE) म्हणतात. RIE एचिंगच्या यशाची गुरुकिल्ली म्हणजे फिल्म एचिंगसाठी योग्य प्लाझ्मा स्रोत वायू शोधणे. टीप: प्लाझ्मा एचिंग म्हणजे RIE एचिंग, आणि दोघांना समान संकल्पना मानले जाऊ शकते.

 

 

४. एच रेट आणि कोअर परफॉर्मन्स इंडेक्स

 

आकृती ४. एच रेटशी संबंधित कोर एच परफॉर्मन्स इंडेक्स

 

एच रेट म्हणजे फिल्मची खोली जी एका मिनिटात गाठणे अपेक्षित आहे. तर मग एका वेफरवर एच रेट एका भागापासून दुसऱ्या भागापर्यंत बदलतो याचा अर्थ काय?

याचा अर्थ असा की वेफरवर एचची खोली वेगवेगळ्या भागात बदलते. या कारणास्तव, सरासरी एचचा दर आणि एचची खोली लक्षात घेऊन एचिंग थांबावे असा शेवटचा बिंदू (EOP) सेट करणे खूप महत्वाचे आहे. जरी EOP सेट केला असला तरी, काही क्षेत्रे अशी आहेत जिथे एचची खोली मूळ नियोजितपेक्षा जास्त खोल (जास्त) किंवा कमी (जास्त) असते. तथापि, एचिंग दरम्यान ओव्हर-एचिंगपेक्षा कमी-जास्त नुकसान होते. कारण कमी-जास्त करण्याच्या बाबतीत, कमी-जास्त भाग आयन इम्प्लांटेशनसारख्या पुढील प्रक्रियांमध्ये अडथळा आणेल.

दरम्यान, निवडकता (एचिंग रेटने मोजली जाते) ही एचिंग प्रक्रियेचा एक प्रमुख कामगिरी निर्देशक आहे. मापन मानक मास्क लेयर (फोटोरेसिस्ट फिल्म, ऑक्साईड फिल्म, सिलिकॉन नायट्राइड फिल्म इ.) आणि टार्गेट लेयरच्या एच रेटच्या तुलनेवर आधारित आहे. याचा अर्थ असा की निवडकता जितकी जास्त असेल तितक्या लवकर लक्ष्य लेयर एचिंग केले जाते. लघुकरणाची पातळी जितकी जास्त असेल तितकीच निवडकता आवश्यकता जास्त असते जेणेकरून बारीक नमुने उत्तम प्रकारे सादर करता येतील. एचिंगची दिशा सरळ असल्याने, कॅशनिक एचिंगची निवडकता कमी असते, तर रॅडिकल एचिंगची निवडकता जास्त असते, ज्यामुळे RIE ची निवडकता सुधारते.

 

 

५. एचिंग प्रक्रिया

 

आकृती ५. एचिंग प्रक्रिया

 

प्रथम, वेफरला ऑक्सिडेशन फर्नेसमध्ये ८०० ते १००० डिग्री सेल्सियस तापमानात ठेवले जाते आणि नंतर कोरड्या पद्धतीने वेफरच्या पृष्ठभागावर उच्च इन्सुलेशन गुणधर्मांसह सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2) फिल्म तयार केली जाते. पुढे, रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD)/भौतिक वाष्प निक्षेपण (PVD) द्वारे सिलिकॉन थर किंवा ऑक्साइड फिल्मवर एक प्रवाहकीय थर तयार करण्यासाठी निक्षेपण प्रक्रिया प्रविष्ट केली जाते. जर सिलिकॉन थर तयार झाला तर, आवश्यक असल्यास चालकता वाढवण्यासाठी अशुद्धता प्रसार प्रक्रिया केली जाऊ शकते. अशुद्धता प्रसार प्रक्रियेदरम्यान, अनेक अशुद्धता वारंवार जोडल्या जातात.

यावेळी, इन्सुलेटिंग लेयर आणि पॉलिसिलिकॉन लेयर एचिंगसाठी एकत्र केले पाहिजेत. प्रथम, फोटोरेसिस्ट वापरला जातो. त्यानंतर, फोटोरेसिस्ट फिल्मवर एक मास्क लावला जातो आणि फोटोरेसिस्ट फिल्मवर इच्छित पॅटर्न (नग्न डोळ्यांना अदृश्य) छापण्यासाठी विसर्जनाद्वारे ओले एक्सपोजर केले जाते. जेव्हा पॅटर्नची रूपरेषा विकासाद्वारे उघड होते, तेव्हा फोटोसेन्सिटिव्ह क्षेत्रातील फोटोरेसिस्ट काढून टाकले जाते. त्यानंतर, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेद्वारे प्रक्रिया केलेले वेफर कोरड्या एचिंगसाठी एचिंग प्रक्रियेत हस्तांतरित केले जाते.

ड्राय एचिंग हे प्रामुख्याने रिअॅक्टिव्ह आयन एचिंग (RIE) द्वारे केले जाते, ज्यामध्ये एचिंगची पुनरावृत्ती प्रामुख्याने प्रत्येक फिल्मसाठी योग्य असलेल्या स्त्रोत वायूची जागा घेऊन केली जाते. ड्राय एचिंग आणि वेट एचिंग दोन्ही एचिंगचे आस्पेक्ट रेशो (A/R मूल्य) वाढवण्याचे उद्दिष्ट ठेवतात. याव्यतिरिक्त, छिद्राच्या तळाशी जमा झालेले पॉलिमर (एचिंगमुळे निर्माण होणारी अंतर) काढून टाकण्यासाठी नियमित साफसफाई आवश्यक आहे. महत्त्वाचा मुद्दा असा आहे की सर्व चल (जसे की साहित्य, स्त्रोत वायू, वेळ, स्वरूप आणि क्रम) सेंद्रियपणे समायोजित केले पाहिजेत जेणेकरून स्वच्छता द्रावण किंवा प्लाझ्मा स्रोत वायू खंदकाच्या तळाशी वाहू शकेल. व्हेरिएबलमध्ये थोडासा बदल करण्यासाठी इतर चलांचे पुनर्गणना आवश्यक असते आणि ही पुनर्गणना प्रक्रिया प्रत्येक टप्प्याचा उद्देश पूर्ण होईपर्यंत पुनरावृत्ती केली जाते. अलीकडे, अॅटोमिक लेयर डिपॉझिशन (ALD) लेयर्ससारखे मोनोअॅटॉमिक लेयर्स पातळ आणि कठीण झाले आहेत. म्हणून, एचिंग तंत्रज्ञान कमी तापमान आणि दाबांच्या वापराकडे वाटचाल करत आहे. एचिंग प्रक्रियेचा उद्देश सूक्ष्म नमुने तयार करण्यासाठी क्रिटिकल डायमेंशन (सीडी) नियंत्रित करणे आणि एचिंग प्रक्रियेमुळे उद्भवणाऱ्या समस्या, विशेषतः कमी एचिंग आणि अवशेष काढून टाकण्याशी संबंधित समस्या टाळणे हे आहे. एचिंगवरील वरील दोन लेख वाचकांना एचिंग प्रक्रियेचा उद्देश, वरील उद्दिष्टे साध्य करण्यासाठी येणारे अडथळे आणि अशा अडथळ्यांवर मात करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कामगिरी निर्देशकांची समज प्रदान करणे आहे.