අර්ධ සන්නායක රටා සැකසීමේ ක්‍රියාවලිය ප්‍රවාහ-කැටයම් කිරීම

මුල් කාලීන තෙත් කැටයම් කිරීම පිරිසිදු කිරීමේ හෝ අළු කිරීමේ ක්‍රියාවලීන්හි දියුණුව ප්‍රවර්ධනය කළේය. අද වන විට, ප්ලාස්මා භාවිතයෙන් වියළි කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන ධාරාව බවට පත්ව ඇත.කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය. ප්ලාස්මාව ඉලෙක්ට්‍රෝන, කැටායන සහ රැඩිකලුන් වලින් සමන්විත වේ. ප්ලාස්මාවට යොදන ශක්තිය උදාසීන තත්වයක ඇති ප්‍රභව වායුවේ පිටතම ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් කිරීමට හේතු වන අතර එමඟින් මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන කැටායන බවට පරිවර්තනය වේ.

ඊට අමතරව, අණු වල ඇති අසම්පූර්ණ පරමාණු, විද්‍යුත් වශයෙන් උදාසීන රැඩිකලුන් සෑදීම සඳහා ශක්තිය යෙදීමෙන් ඉවත් කළ හැකිය. වියළි කැටයම් කිරීම ප්ලාස්මා සෑදෙන කැටායන සහ රැඩිකලුන් භාවිතා කරයි, එහිදී කැටායන ඇනිසොට්‍රොපික් (නිශ්චිත දිශාවකට කැටයම් කිරීම සඳහා සුදුසු) සහ රැඩිකලුන් සමස්ථානික (සියලු දිශාවන්ට කැටයම් කිරීම සඳහා සුදුසු) වේ. රැඩිකලුන් ගණන කැටායන ගණනට වඩා බෙහෙවින් වැඩි ය. මෙම අවස්ථාවේ දී, වියළි කැටයම් කිරීම තෙත් කැටයම් කිරීම මෙන් සමස්ථානික විය යුතුය.

කෙසේ වෙතත්, අතිශය කුඩා පරිපථ කළ හැකි වන්නේ වියළි කැටයම්වල ඇනිසොට්‍රොපික් කැටයම් කිරීමෙනි. මෙයට හේතුව කුමක්ද? ඊට අමතරව, කැටායන සහ රැඩිකලුන් කැටයම් කිරීමේ වේගය ඉතා මන්දගාමී වේ. ඉතින් මෙම අඩුපාඩුව හමුවේ මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනයට ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීමේ ක්‍රම යෙදිය හැක්කේ කෙසේද?

 

 

1. දර්ශන අනුපාතය (A/R)

 

රූපය 1. දර්ශන අනුපාතය පිළිබඳ සංකල්පය සහ එයට තාක්ෂණික ප්‍රගතියේ බලපෑම

 

දර්ශන අනුපාතය යනු තිරස් පළල සිට සිරස් උස දක්වා අනුපාතයයි (එනම්, උස පළලින් බෙදනු ලැබේ). පරිපථයේ තීරණාත්මක මානය (CD) කුඩා වන තරමට දර්ශන අනුපාත අගය විශාල වේ. එනම්, දර්ශන අනුපාත අගය 10 ක් සහ පළල 10nm ක් යැයි උපකල්පනය කළහොත්, කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී විදින සිදුරේ උස 100nm විය යුතුය. එබැවින්, අතිශය කුඩාකරණය (2D) හෝ ඉහළ ඝනත්වය (3D) අවශ්‍ය වන ඊළඟ පරම්පරාවේ නිෂ්පාදන සඳහා, කැටයම් කිරීමේදී කැටායන පහළ පටලයට විනිවිද යාමට හැකි බව සහතික කිරීම සඳහා අතිශයින් ඉහළ දර්ශන අනුපාත අගයන් අවශ්‍ය වේ.

 

2D නිෂ්පාදනවල 10nm ට අඩු තීරණාත්මක මානයක් සහිත අතිශය කුඩාකරණ තාක්ෂණයක් ලබා ගැනීම සඳහා, ගතික අහඹු ප්‍රවේශ මතකයේ (DRAM) ධාරිත්‍රක දර්ශන අනුපාත අගය 100 ට වඩා පවත්වා ගත යුතුය. ඒ හා සමානව, 3D NAND ෆ්ලෑෂ් මතකයට ස්ථර 256 ක් හෝ ඊට වැඩි සෛල ගොඩගැසීමේ ස්ථර ගොඩගැසීමට ඉහළ දර්ශන අනුපාත අගයන් අවශ්‍ය වේ. අනෙකුත් ක්‍රියාවලීන් සඳහා අවශ්‍ය කොන්දේසි සපුරා තිබුණත්, අවශ්‍ය නිෂ්පාදන නිෂ්පාදනය කළ නොහැක.කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියප්‍රමිතියට අනුකූල නොවේ. මේ නිසා කැටයම් තාක්ෂණය වඩ වඩාත් වැදගත් වෙමින් පවතී.

 

 

2. ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම පිළිබඳ දළ විශ්ලේෂණය

 

රූපය 2. පටල වර්ගය අනුව ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුව තීරණය කිරීම

 

කුහර පයිප්පයක් භාවිතා කරන විට, නල විෂ්කම්භය පටු වන තරමට, ද්‍රවයට ඇතුළු වීමට පහසු වේ, එය ඊනියා කේශනාලිකා සංසිද්ධියයි. කෙසේ වෙතත්, නිරාවරණය වූ ප්‍රදේශයේ සිදුරක් (සංවෘත කෙළවර) විදීමට සිදුවුවහොත්, ද්‍රවයේ ආදානය තරමක් අපහසු වේ. එබැවින්, 1970 ගණන්වල මැද භාගයේදී පරිපථයේ තීරණාත්මක ප්‍රමාණය 3um සිට 5um දක්වා වූ බැවින්, වියළිකැටයම් කිරීමප්‍රධාන ධාරාව ලෙස තෙත් කැටයම් කිරීම ක්‍රමයෙන් ප්‍රතිස්ථාපනය කර ඇත. එනම්, අයනීකෘත වුවද, තනි අණුවක පරිමාව කාබනික පොලිමර් ද්‍රාවණ අණුවකට වඩා කුඩා බැවින් ගැඹුරු සිදුරු විනිවිද යාමට පහසුය.

ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීමේදී, අදාළ ස්ථරයට සුදුසු ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුව එන්නත් කිරීමට පෙර, කැටයම් කිරීම සඳහා භාවිතා කරන සැකසුම් කුටියේ අභ්‍යන්තරය රික්තක තත්ත්වයට සකස් කළ යුතුය. ඝන ඔක්සයිඩ් පටල කැටයම් කිරීමේදී, ශක්තිමත් කාබන් ෆ්ලෝරයිඩ් මත පදනම් වූ ප්‍රභව වායු භාවිතා කළ යුතුය. සාපේක්ෂව දුර්වල සිලිකන් හෝ ලෝහ පටල සඳහා, ක්ලෝරීන් මත පදනම් වූ ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායු භාවිතා කළ යුතුය.

ඉතින්, ගේට්ටු ස්ථරය සහ යටින් පවතින සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් (SiO2) පරිවාරක ස්ථරය කැටයම් කළ යුත්තේ කෙසේද?

පළමුව, ගේට්ටු ස්ථරය සඳහා, පොලිසිලිකන් කැටයම් තේරීමක් සහිත ක්ලෝරීන් මත පදනම් වූ ප්ලාස්මාවක් (සිලිකන් + ක්ලෝරීන්) භාවිතයෙන් සිලිකන් ඉවත් කළ යුතුය. පහළ පරිවාරක ස්ථරය සඳහා, සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් පටලය ශක්තිමත් කැටයම් තේරීමක් සහ කාර්යක්ෂමතාවයක් සහිත කාබන් ෆ්ලෝරයිඩ් මත පදනම් වූ ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුවක් (සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් + කාබන් ටෙට්‍රාෆ්ලෝරයිඩ්) භාවිතයෙන් පියවර දෙකකින් කැටයම් කළ යුතුය.

 

 

3. ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් (RIE හෝ භෞතික රසායනික කැටයම්) ක්‍රියාවලිය

 

රූපය 3. ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් කිරීමේ වාසි (ඇනිසොට්‍රොපි සහ ඉහළ කැටයම් අනුපාතය)

 

ප්ලාස්මාවේ සමස්ථානික නිදහස් රැඩිකලුන් සහ ඇනිසොට්‍රොපික් කැටායන දෙකම අඩංගු වේ, එසේනම් එය ඇනිසොට්‍රොපික් කැටයම් කිරීම සිදු කරන්නේ කෙසේද?

ප්ලාස්මා වියළි කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන වශයෙන් සිදු කරනු ලබන්නේ ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් කිරීම (RIE, ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් කිරීම) හෝ මෙම ක්‍රමය මත පදනම් වූ යෙදුම් මගිනි. RIE ක්‍රමයේ හරය වන්නේ ඇනිසොට්‍රොපික් කැටායන සමඟ කැටයම් ප්‍රදේශයට පහර දීමෙන් පටලයේ ඉලක්ක අණු අතර බන්ධන බලය දුර්වල කිරීමයි. දුර්වල වූ ප්‍රදේශය නිදහස් රැඩිකලුන් මගින් අවශෝෂණය කර, ස්ථරය සෑදෙන අංශු සමඟ ඒකාබද්ධ කර, වායුව (වාෂ්පශීලී සංයෝගයක්) බවට පරිවර්තනය කර මුදා හරිනු ලැබේ.

නිදහස් රැඩිකලුන් සමස්ථානික ලක්ෂණ ඇතත්, පහළ මතුපිට සෑදෙන අණු (කැටායන ප්‍රහාරයෙන් බන්ධන බලය දුර්වල වන) නිදහස් රැඩිකලුන් විසින් පහසුවෙන් ග්‍රහණය කර ගන්නා අතර ශක්තිමත් බන්ධන බලයක් සහිත පැති බිත්තිවලට වඩා නව සංයෝග බවට පරිවර්තනය වේ. එබැවින්, පහළට කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන ධාරාව බවට පත්වේ. අල්ලා ගන්නා ලද අංශු නිදහස් රැඩිකලුන් සමඟ වායුව බවට පත් වන අතර, ඒවා රික්තයේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ පාළු වී මතුපිටින් මුදා හරිනු ලැබේ.

 

මෙම අවස්ථාවේදී, භෞතික ක්‍රියාවෙන් ලබා ගන්නා කැටායන සහ රසායනික ක්‍රියාවෙන් ලබා ගන්නා නිදහස් රැඩිකලුන් භෞතික හා රසායනික කැටයම් සඳහා ඒකාබද්ධ කරනු ලබන අතර, කැටායන කැටයම් හෝ නිදහස් රැඩිකල් කැටයම් කිරීමේදී පමණක් සිදුවන කැටයම් අනුපාතය (Etch Rate, යම් කාල පරිච්ඡේදයක් තුළ කැටයම් කිරීමේ මට්ටම) 10 ගුණයකින් වැඩි වේ. මෙම ක්‍රමයට ඇනිසොට්‍රොපික් පහළට කැටයම් කිරීමේ කැටයම් අනුපාතය වැඩි කිරීමට පමණක් නොව, කැටයම් කිරීමෙන් පසු පොලිමර් අපද්‍රව්‍ය පිළිබඳ ගැටළුව විසඳීමටද හැකිය. මෙම ක්‍රමය ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් (RIE) ලෙස හැඳින්වේ. RIE කැටයම් කිරීමේ සාර්ථකත්වයට යතුර වන්නේ පටලය කැටයම් කිරීම සඳහා සුදුසු ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුවක් සොයා ගැනීමයි. සටහන: ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම RIE කැටයම් කිරීම වන අතර, දෙකම එකම සංකල්පයක් ලෙස සැලකිය හැකිය.

 

 

4. එච් අනුපාතය සහ මූලික කාර්ය සාධන දර්ශකය

 

රූපය 4. Etch අනුපාතයට අදාළ Core Etch කාර්ය සාධන දර්ශකය

 

එච්ච් අනුපාතය යනු මිනිත්තුවකින් ළඟා වීමට අපේක්ෂා කරන පටලයේ ගැඹුරයි. එසේ නම් තනි වේෆරයක එච්ච් අනුපාතය කොටසින් කොටසට වෙනස් වේ යන්නෙන් අදහස් කරන්නේ කුමක්ද?

මෙයින් අදහස් කරන්නේ වේෆරයේ කොටසින් කොටසට කැටයම් ගැඹුර වෙනස් වන බවයි. මේ හේතුව නිසා, සාමාන්‍ය කැටයම් අනුපාතය සහ කැටයම් ගැඹුර සලකා බලා කැටයම් කිරීම නතර කළ යුතු අවසාන ලක්ෂ්‍යය (EOP) සැකසීම ඉතා වැදගත් වේ. EOP සකසා තිබුණත්, මුලින් සැලසුම් කළ ප්‍රමාණයට වඩා කැටයම් ගැඹුර ගැඹුරු (අධික ලෙස කැටයම් කරන ලද) හෝ නොගැඹුරු (අධික ලෙස කැටයම් කරන ලද) සමහර ප්‍රදේශ තවමත් පවතී. කෙසේ වෙතත්, කැටයම් කිරීමේදී අධික ලෙස කැටයම් කිරීමට වඩා අඩුවෙන් කැටයම් කිරීම වැඩි හානියක් සිදු කරයි. මන්ද යත්, කැටයම් කිරීමේදී, අඩුවෙන් කැටයම් කරන ලද කොටස අයන බද්ධ කිරීම වැනි පසුකාලීන ක්‍රියාවලීන්ට බාධාවක් වනු ඇත.

මේ අතර, තේරීම (etch අනුපාතය මගින් මනිනු ලැබේ) කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේ ප්‍රධාන කාර්ය සාධන දර්ශකයකි. මිනුම් ප්‍රමිතිය පදනම් වී ඇත්තේ ආවරණ ස්ථරයේ (ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධක පටලය, ඔක්සයිඩ් පටලය, සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් පටලය, ආදිය) සහ ඉලක්ක ස්ථරයේ එච් අනුපාතය සංසන්දනය කිරීම මත ය. මෙයින් අදහස් කරන්නේ තේරීම වැඩි වන තරමට ඉලක්ක ස්ථරය කැටයම් කිරීම වේගවත් වන බවයි. කුඩාකරණයේ මට්ටම වැඩි වන තරමට, සියුම් රටා පරිපූර්ණ ලෙස ඉදිරිපත් කළ හැකි බව සහතික කිරීම සඳහා තේරීමේ අවශ්‍යතාවය වැඩි වේ. කැටයම් දිශාව සෘජු බැවින්, කැටායන කැටයම් කිරීමේ තේරීම අඩු වන අතර, රැඩිකල් කැටයම් කිරීමේ තේරීම ඉහළ ය, එය RIE හි තේරීම වැඩි දියුණු කරයි.

 

 

5. කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය

 

රූපය 5. කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය

 

පළමුව, වේෆරය 800 ත් 1000 ත් අතර උෂ්ණත්වයක් පවත්වා ගෙන යන ඔක්සිකරණ උදුනක තබා, පසුව වියළි ක්‍රමයක් මගින් වේෆරයේ මතුපිට ඉහළ පරිවාරක ගුණ සහිත සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් (SiO2) පටලයක් සාදනු ලැබේ. ඊළඟට, රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (CVD) / භෞතික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (PVD) මගින් ඔක්සයිඩ් පටලය මත සිලිකන් ස්ථරයක් හෝ සන්නායක තට්ටුවක් සෑදීමට තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියට ඇතුළු වේ. සිලිකන් ස්ථරයක් සෑදී ඇත්නම්, අවශ්‍ය නම් සන්නායකතාවය වැඩි කිරීම සඳහා අපිරිසිදු විසරණ ක්‍රියාවලියක් සිදු කළ හැකිය. අපිරිසිදු විසරණ ක්‍රියාවලියේදී, බහු අපද්‍රව්‍ය බොහෝ විට නැවත නැවතත් එකතු කරනු ලැබේ.

මෙම අවස්ථාවේදී, පරිවාරක ස්ථරය සහ පොලිසිලිකන් ස්ථරය කැටයම් කිරීම සඳහා ඒකාබද්ධ කළ යුතුය. පළමුව, ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධකයක් භාවිතා කරනු ලැබේ. පසුව, ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධක පටලය මත ආවරණයක් තබා, අපේක්ෂිත රටාව (පියවි ඇසට නොපෙනෙන) ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධක පටලය මත මුද්‍රණය කිරීම සඳහා ගිල්වීමෙන් තෙත් නිරාවරණය සිදු කරනු ලැබේ. සංවර්ධනය මගින් රටා දළ සටහන හෙළි වූ විට, ප්‍රභා සංවේදී ප්‍රදේශයේ ඇති ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධකය ඉවත් කරනු ලැබේ. ඉන්පසු, ප්‍රභා ශිලා ලේඛන ක්‍රියාවලිය මගින් සැකසූ වේෆරය වියළි කැටයම් කිරීම සඳහා කැටයම් ක්‍රියාවලියට මාරු කරනු ලැබේ.

වියළි කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන වශයෙන් ප්‍රතික්‍රියාශීලී අයන කැටයම් කිරීම (RIE) මගින් සිදු කරනු ලබන අතර, එහිදී කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන වශයෙන් එක් එක් පටලයට සුදුසු ප්‍රභව වායුව ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමෙන් නැවත සිදු කෙරේ. වියළි කැටයම් කිරීම සහ තෙත් කැටයම් කිරීම යන දෙකම කැටයම් කිරීමේ දර්ශන අනුපාතය (A/R අගය) වැඩි කිරීම අරමුණු කරයි. ඊට අමතරව, සිදුරේ පතුලේ එකතු වී ඇති පොලිමර් (කැටයම් කිරීමෙන් සාදන ලද පරතරය) ඉවත් කිරීම සඳහා නිතිපතා පිරිසිදු කිරීම අවශ්‍ය වේ. වැදගත් කරුණ නම්, පිරිසිදු කිරීමේ ද්‍රාවණය හෝ ප්ලාස්මා ප්‍රභව වායුව අගලේ පතුලට ගලා යා හැකි බව සහතික කිරීම සඳහා සියලුම විචල්‍යයන් (ද්‍රව්‍ය, ප්‍රභව වායුව, කාලය, ස්වරූපය සහ අනුපිළිවෙල වැනි) කාබනිකව සකස් කළ යුතු බවයි. විචල්‍යයක සුළු වෙනසක් සඳහා අනෙකුත් විචල්‍යයන් නැවත ගණනය කිරීම අවශ්‍ය වන අතර, මෙම නැවත ගණනය කිරීමේ ක්‍රියාවලිය එක් එක් අදියරේ අරමුණ සපුරාලන තෙක් නැවත සිදු කෙරේ. මෑතකදී, පරමාණුක ස්ථර තැන්පත් කිරීම (ALD) ස්ථර වැනි ඒක පරමාණුක ස්ථර තුනී හා දැඩි වී ඇත. එබැවින්, කැටයම් තාක්ෂණය අඩු උෂ්ණත්ව හා පීඩන භාවිතය දෙසට ගමන් කරයි. කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේ අරමුණ වන්නේ සියුම් රටා නිපදවීම සඳහා තීරණාත්මක මානය (CD) පාලනය කිරීම සහ කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය නිසා ඇතිවන ගැටළු, විශේෂයෙන් අඩු කැටයම් සහ අපද්‍රව්‍ය ඉවත් කිරීමට අදාළ ගැටළු වළක්වා ගැනීමයි. කැටයම් කිරීම පිළිබඳ ඉහත ලිපි දෙකෙහි අරමුණ වන්නේ කැටයම් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේ අරමුණ, ඉහත ඉලක්ක සපුරා ගැනීමට ඇති බාධක සහ එවැනි බාධක ජය ගැනීමට භාවිතා කරන කාර්ය සාධන දර්ශක පිළිබඳව පාඨකයන්ට අවබෝධයක් ලබා දීමයි.