குறைக்கடத்தி வடிவமைப்பு செயல்முறை ஃப்ளோ-எட்சிங்

ஆரம்பகாலத்தில் ஈரமான செதுக்கல் முறையானது, தூய்மைப்படுத்தும் அல்லது சாம்பலாக்கும் செயல்முறைகளின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தது. இன்று, பிளாஸ்மாவைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படும் உலர் செதுக்கல் முறையே பிரதானமாகிவிட்டது.செதுக்குதல் செயல்முறைபிளாஸ்மாவில் எலக்ட்ரான்கள், நேர்மின் அயனிகள் மற்றும் தனி அணுக்கள் உள்ளன. பிளாஸ்மாவிற்கு அளிக்கப்படும் ஆற்றலானது, நடுநிலை நிலையில் உள்ள மூல வாயுவின் வெளிப்புற எலக்ட்ரான்களைப் பிரித்தெடுத்து, அதன்மூலம் இந்த எலக்ட்ரான்களை நேர்மின் அயனிகளாக மாற்றுகிறது.

மேலும், மூலக்கூறுகளில் உள்ள குறைபாடுள்ள அணுக்களை, ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி மின் நடுநிலை ரேடிக்கல்களை உருவாக்குவதன் மூலம் அகற்ற முடியும். உலர் அரித்தல் முறையில், பிளாஸ்மாவை உருவாக்கும் நேர்மின் அயனிகளும் ரேடிக்கல்களும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இதில், நேர்மின் அயனிகள் திசைசார் பண்பு கொண்டவை (ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் அரிப்பதற்கு ஏற்றவை) மற்றும் ரேடிக்கல்கள் திசைசாரா பண்பு கொண்டவை (எல்லா திசைகளிலும் அரிப்பதற்கு ஏற்றவை). ரேடிக்கல்களின் எண்ணிக்கை நேர்மின் அயனிகளின் எண்ணிக்கையை விட மிக அதிகம். இந்த நிலையில், உலர் அரித்தல் முறையானது ஈர அரித்தல் முறையைப் போலவே திசைசாரா பண்பு கொண்டதாக இருக்க வேண்டும்.

இருப்பினும், உலர் பொறித்தலின் திசைசார்ந்த பொறித்தலே அதிநுண்ணிய மின்சுற்றுகளைச் சாத்தியமாக்குகிறது. இதற்குக் காரணம் என்ன? மேலும், நேர்மின் அயனிகள் மற்றும் மூலக்கூறுத் துகள்களின் பொறித்தல் வேகம் மிகவும் மெதுவாக உள்ளது. எனவே, இந்தக் குறைபாடு இருக்கும் நிலையில், பிளாஸ்மா பொறித்தல் முறைகளை நாம் எவ்வாறு பெருமளவு உற்பத்திக்கு பயன்படுத்த முடியும்?

 

 

1. தோற்ற விகிதம் (A/R)

 

படம் 1. தோற்ற விகிதம் எனும் கருத்தாக்கமும் அதன் மீதான தொழில்நுட்ப முன்னேற்றத்தின் தாக்கமும்.

 

தோற்ற விகிதம் என்பது கிடைமட்ட அகலத்திற்கும் செங்குத்து உயரத்திற்கும் உள்ள விகிதமாகும் (அதாவது, உயரத்தை அகலத்தால் வகுப்பது). மின்சுற்றின் முக்கியப் பரிமாணம் (CD) எவ்வளவு சிறியதாக இருக்கிறதோ, தோற்ற விகிதத்தின் மதிப்பு அவ்வளவு பெரியதாக இருக்கும். அதாவது, தோற்ற விகித மதிப்பு 10 மற்றும் அகலம் 10 நானோமீட்டர் என வைத்துக்கொண்டால், அரித்தல் செயல்முறையின் போது துளையிடப்படும் துளையின் உயரம் 100 நானோமீட்டராக இருக்க வேண்டும். எனவே, அதி-குறுக்கமாக்கல் (2D) அல்லது உயர் அடர்த்தி (3D) தேவைப்படும் அடுத்த தலைமுறைத் தயாரிப்புகளுக்கு, அரித்தலின் போது நேர்மின் அயனிகள் கீழ்ப்படலத்தினுள் ஊடுருவுவதை உறுதிசெய்ய, மிக அதிக தோற்ற விகித மதிப்புகள் தேவைப்படுகின்றன.

 

2D தயாரிப்புகளில் 10 நானோமீட்டருக்கும் குறைவான முக்கியப் பரிமாணத்துடன் அதி-குறுக்கமாக்கல் தொழில்நுட்பத்தை அடைவதற்கு, டைனமிக் ரேண்டம் ஆக்சஸ் மெமரியின் (DRAM) மின்தேக்கி விகித மதிப்பு 100-க்கு மேல் பராமரிக்கப்பட வேண்டும். இதேபோல், 3D NAND ஃபிளாஷ் மெமரியிலும் 256 அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட செல் அடுக்குகளை அடுக்க, உயர் விகித மதிப்புகள் தேவைப்படுகின்றன. மற்ற செயல்முறைகளுக்குத் தேவையான நிபந்தனைகள் பூர்த்தி செய்யப்பட்டாலும், தேவையான தயாரிப்புகளை உற்பத்தி செய்ய முடியாது.செதுக்குதல் செயல்முறைதரத்திற்கு ஏற்றதாக இல்லை. இதனால்தான் எச்சிங் தொழில்நுட்பம் அதிகளவில் முக்கியத்துவம் பெற்று வருகிறது.

 

 

2. பிளாஸ்மா பொறித்தல் பற்றிய கண்ணோட்டம்

 

படம் 2. படல வகைக்கேற்ப பிளாஸ்மா மூல வாயுவைத் தீர்மானித்தல்

 

உள்ளீடற்ற குழாய் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​குழாயின் விட்டம் எவ்வளவு குறுகலாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு எளிதாக திரவம் உள்ளே நுழையும்; இது நுண்புழை நிகழ்வு (capillary phenomenon) என்று அழைக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், வெளிப்படும் பகுதியில் ஒரு துளை (மூடிய முனை) இடப்பட வேண்டுமானால், திரவத்தின் உள்ளீடு மிகவும் கடினமாகிவிடும். எனவே, 1970களின் நடுப்பகுதியில் சுற்றின் முக்கியமான அளவு 3um முதல் 5um வரை இருந்ததால், உலர்செதுக்குதல்இது படிப்படியாக ஈர அரித்தலுக்குப் பதிலாக முதன்மை முறையாக மாறியுள்ளது. அதாவது, அயனியாக்கம் செய்யப்பட்டிருந்தாலும், ஒரு கரிம பாலிமர் கரைசல் மூலக்கூறின் கன அளவை விட ஒரு தனி மூலக்கூறின் கன அளவு சிறியதாக இருப்பதால், ஆழமான துளைகளுக்குள் ஊடுருவது எளிதாகிறது.

பிளாஸ்மா அரித்தலின் போது, ​​சம்பந்தப்பட்ட அடுக்குக்கு ஏற்ற பிளாஸ்மா மூல வாயுவைச் செலுத்துவதற்கு முன்பு, அரித்தலுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் செயலாக்க அறையின் உட்புறம் வெற்றிட நிலைக்குச் சரிசெய்யப்பட வேண்டும். திட ஆக்சைடு படலங்களை அரிக்கும்போது, ​​வலிமையான கார்பன் ஃபுளோரைடு அடிப்படையிலான மூல வாயுக்களைப் பயன்படுத்த வேண்டும். ஒப்பீட்டளவில் வலிமை குறைந்த சிலிக்கான் அல்லது உலோகப் படலங்களுக்கு, குளோரின் அடிப்படையிலான பிளாஸ்மா மூல வாயுக்களைப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

எனவே, கேட் லேயரையும் அதன் கீழுள்ள சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO2) மின்காப்பு அடுக்கையும் எவ்வாறு பொறிக்க வேண்டும்?

முதலில், கேட் லேயருக்காக, பாலிசிலிக்கான் அரிப்புத் தேர்வுத்திறன் கொண்ட குளோரின் அடிப்படையிலான பிளாஸ்மாவை (சிலிக்கான் + குளோரின்) பயன்படுத்தி சிலிக்கான் அகற்றப்பட வேண்டும். கீழ் இன்சுலேட்டிங் லேயருக்காக, வலுவான அரிப்புத் தேர்வுத்திறன் மற்றும் செயல்திறன் கொண்ட கார்பன் ஃபுளோரைடு அடிப்படையிலான பிளாஸ்மா மூல வாயுவை (சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு + கார்பன் டெட்ராஃபுளோரைடு) பயன்படுத்தி, சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு படலம் இரண்டு படிநிலைகளில் அரிக்கப்பட வேண்டும்.

 

 

3. வினைபுரியும் அயனி அரித்தல் (RIE அல்லது இயற்பியல்-வேதியியல் அரித்தல்) செயல்முறை

 

படம் 3. வினைபுரியும் அயனி அரித்தலின் நன்மைகள் (திசைமாறாத் தன்மை மற்றும் அதிக அரிப்பு விகிதம்)

 

பிளாஸ்மாவில் ஐசோட்ரோபிக் ஃப்ரீ ரேடிக்கல்கள் மற்றும் அனிசோட்ரோபிக் கேஷன்கள் ஆகிய இரண்டும் உள்ளன, அப்படியிருக்க, அது எவ்வாறு அனிசோட்ரோபிக் அரிப்பை நிகழ்த்துகிறது?

பிளாஸ்மா உலர் அரித்தல் முக்கியமாக வினைபுரியும் அயனி அரித்தல் (RIE, Reactive Ion Etching) அல்லது இந்த முறையை அடிப்படையாகக் கொண்ட பயன்பாடுகள் மூலம் செய்யப்படுகிறது. RIE முறையின் மையக்கரு, அரிக்கும் பகுதியை திசைமாறா நேர்மின் அயனிகளால் தாக்குவதன் மூலம், படலத்திலுள்ள இலக்கு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான பிணைப்பு விசையை பலவீனப்படுத்துவதாகும். பலவீனமடைந்த பகுதி தனி மூலக்கூறுகளால் உறிஞ்சப்பட்டு, அடுக்கை உருவாக்கும் துகள்களுடன் இணைந்து, வாயுவாக (ஒரு ஆவியாகும் சேர்மம்) மாற்றப்பட்டு வெளியிடப்படுகிறது.

தனி மூலக்கூறுகள் திசைச்சார்பற்ற பண்புகளைக் கொண்டிருந்தாலும், வலுவான பிணைப்பு விசையைக் கொண்ட பக்கச் சுவர்களை விட, அடிப்பரப்பை உருவாக்கும் மூலக்கூறுகள் (நேர்மின் அயனிகளின் தாக்குதலால் அவற்றின் பிணைப்பு விசை பலவீனமடைகிறது) தனி மூலக்கூறுகளால் மிக எளிதாகப் பிடிக்கப்பட்டு புதிய சேர்மங்களாக மாற்றப்படுகின்றன. எனவே, கீழ்நோக்கிய அரித்தல் முக்கிய முறையாகிறது. பிடிக்கப்பட்ட துகள்கள் தனி மூலக்கூறுகளுடன் வாயுவாக மாறுகின்றன, அவை வெற்றிடத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ் மேற்பரப்பில் இருந்து பிரிக்கப்பட்டு வெளியிடப்படுகின்றன.

 

இந்த நேரத்தில், இயற்பியல் செயலால் பெறப்பட்ட நேர்மின் அயனிகளும், வேதியியல் செயலால் பெறப்பட்ட தனி மூலக்கூறுகளும் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் அரித்தலுக்காக இணைக்கப்படுகின்றன. இதனால், நேர்மின் அயனி அரித்தல் அல்லது தனி மூலக்கூறு அரித்தல் மட்டும் செய்யப்படும் நிகழ்வுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அரித்தல் வீதம் (அரித்தல் விகிதம், ஒரு குறிப்பிட்ட காலப்பகுதியில் ஏற்படும் அரித்தலின் அளவு) 10 மடங்கு அதிகரிக்கிறது. இந்த முறையானது, திசைசார்ந்த கீழ்நோக்கிய அரித்தலின் வீதத்தை அதிகரிப்பது மட்டுமல்லாமல், அரித்தலுக்குப் பிறகு ஏற்படும் பாலிமர் எச்சம் என்ற பிரச்சனையையும் தீர்க்கிறது. இந்த முறை வினைபுரியும் அயனி அரித்தல் (RIE) என்று அழைக்கப்படுகிறது. RIE அரித்தலின் வெற்றிக்கு முக்கியமானது, படலத்தை அரிப்பதற்கு ஏற்ற ஒரு பிளாஸ்மா மூல வாயுவைக் கண்டறிவதே ஆகும். குறிப்பு: பிளாஸ்மா அரித்தல் என்பது RIE அரித்தலே ஆகும், மேலும் இவ்விரண்டையும் ஒரே கருத்தாகக் கருதலாம்.

 

 

4. அரிப்பு விகிதம் மற்றும் மைய செயல்திறன் குறியீடு

 

படம் 4. பொறிப்பு வீதத்துடன் தொடர்புடைய உள்ளகப் பொறிப்பு செயல்திறன் குறியீடு

 

அரிப்பு விகிதம் என்பது ஒரு நிமிடத்தில் அடையக்கூடிய படலத்தின் ஆழத்தைக் குறிக்கிறது. அப்படியென்றால், ஒரே சிலிக்கான் தகட்டில் உள்ள ஒவ்வொரு பாகத்திலும் அரிப்பு விகிதம் மாறுபடுகிறது என்பதன் அர்த்தம் என்ன?

இதன் பொருள், வேஃபரில் உள்ள ஒவ்வொரு பகுதியிலும் அரிப்பு ஆழம் மாறுபடும் என்பதாகும். இந்தக் காரணத்திற்காக, சராசரி அரிப்பு விகிதம் மற்றும் அரிப்பு ஆழத்தைக் கருத்தில் கொண்டு, அரிப்பு நிறுத்தப்பட வேண்டிய இறுதிப் புள்ளியை (EOP) அமைப்பது மிகவும் முக்கியம். EOP அமைக்கப்பட்டிருந்தாலும், முதலில் திட்டமிட்டதை விட அரிப்பு ஆழம் அதிகமாக (அதிகப்படியாக அரிக்கப்பட்டது) அல்லது குறைவாக (குறைவாக அரிக்கப்பட்டது) இருக்கும் சில பகுதிகள் இருக்கின்றன. இருப்பினும், அரிப்பின் போது, ​​அதிகமாக அரிப்பதை விட குறைவாக அரிப்பதே அதிக சேதத்தை ஏற்படுத்துகிறது. ஏனெனில், குறைவாக அரிக்கப்பட்டால், அவ்வாறு அரிக்கப்பட்ட பகுதி, அயனிப் பதியவைத்தல் போன்ற அடுத்தடுத்த செயல்முறைகளைத் தடுக்கும்.

இதற்கிடையில், தேர்ந்தெடுப்புத்திறன் (அரிப்பு விகிதத்தால் அளவிடப்படுகிறது) என்பது அரித்தல் செயல்முறையின் ஒரு முக்கிய செயல்திறன் குறிகாட்டியாகும். இந்த அளவீட்டுத் தரம், முகமூடி அடுக்கு (போட்டோரெசிஸ்ட் படலம், ஆக்சைடு படலம், சிலிக்கான் நைட்ரைடு படலம் போன்றவை) மற்றும் இலக்கு அடுக்கு ஆகியவற்றின் அரிப்பு விகிதத்தை ஒப்பிடுவதை அடிப்படையாகக் கொண்டது. இதன் பொருள், தேர்ந்தெடுப்புத்திறன் அதிகமாக இருந்தால், இலக்கு அடுக்கு வேகமாக அரிக்கப்படும் என்பதாகும். நுண்மையாக்கத்தின் நிலை அதிகமாக இருந்தால், நுண் வடிவங்கள் கச்சிதமாக வழங்கப்படுவதை உறுதிசெய்ய, தேர்ந்தெடுப்புத்திறன் தேவையும் அதிகமாக இருக்கும். அரித்தல் திசை நேராக இருப்பதால், கேஷனிக் அரித்தலின் தேர்ந்தெடுப்புத்திறன் குறைவாகவும், ரேடிகல் அரித்தலின் தேர்ந்தெடுப்புத்திறன் அதிகமாகவும் உள்ளது, இது RIE-யின் தேர்ந்தெடுப்புத்திறனை மேம்படுத்துகிறது.

 

 

5. செதுக்குதல் செயல்முறை

 

படம் 5. செதுக்குதல் செயல்முறை

 

முதலில், வேஃபர் 800 முதல் 1000℃ வரை வெப்பநிலை பராமரிக்கப்படும் ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற உலையில் வைக்கப்படுகிறது, பின்னர் உயர் மின்காப்புப் பண்புகளைக் கொண்ட சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO2) படலம் உலர் முறையில் வேஃபரின் மேற்பரப்பில் உருவாக்கப்படுகிறது. அடுத்து, வேதி ஆவிப் படிவு (CVD)/இயற்பியல் ஆவிப் படிவு (PVD) மூலம் ஆக்சைடு படலத்தின் மீது ஒரு சிலிக்கான் அடுக்கு அல்லது ஒரு கடத்தும் அடுக்கை உருவாக்கப் படிவுச் செயல்முறை மேற்கொள்ளப்படுகிறது. ஒரு சிலிக்கான் அடுக்கு உருவாக்கப்பட்டால், தேவைப்பட்டால் கடத்துத்திறனை அதிகரிக்க ஒரு மாசு பரவல் செயல்முறை செய்யப்படலாம். மாசு பரவல் செயல்முறையின் போது, ​​பல மாசுகள் அடிக்கடி மீண்டும் மீண்டும் சேர்க்கப்படுகின்றன.

இந்த நேரத்தில், பொறித்தலுக்காக மின்காப்பு அடுக்கையும் பாலிசிலிக்கான் அடுக்கையும் இணைக்க வேண்டும். முதலில், ஒரு போட்டோரெசிஸ்ட் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதனைத் தொடர்ந்து, போட்டோரெசிஸ்ட் படலத்தின் மீது ஒரு முகமூடி வைக்கப்பட்டு, விரும்பிய வடிவத்தை (வெற்றுக்கண்ணுக்குத் தெரியாதது) போட்டோரெசிஸ்ட் படலத்தில் பதிக்க, மூழ்கவைத்தல் மூலம் ஈரமான வெளிப்பாடு செய்யப்படுகிறது. மேம்பாட்டின் மூலம் வடிவத்தின் வெளிக்கோடு வெளிப்படும்போது, ​​ஒளி உணர்திறன் பகுதியில் உள்ள போட்டோரெசிஸ்ட் அகற்றப்படுகிறது. பின்னர், போட்டோலித்தோகிராபி செயல்முறையால் பதப்படுத்தப்பட்ட வேஃபர், உலர் பொறித்தலுக்காக பொறித்தல் செயல்முறைக்கு மாற்றப்படுகிறது.

உலர் அரித்தல் முக்கியமாக வினைபுரியும் அயனி அரித்தல் (RIE) மூலம் மேற்கொள்ளப்படுகிறது, இதில் ஒவ்வொரு படலத்திற்கும் ஏற்ற மூல வாயுவை மாற்றுவதன் மூலம் அரித்தல் செயல்முறை மீண்டும் மீண்டும் செய்யப்படுகிறது. உலர் அரித்தல் மற்றும் ஈர அரித்தல் ஆகிய இரண்டுமே அரித்தலின் தோற்ற விகிதத்தை (A/R மதிப்பு) அதிகரிப்பதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. கூடுதலாக, துளையின் அடிப்பகுதியில் (அரித்தலால் உருவான இடைவெளி) படிந்துள்ள பாலிமரை அகற்ற வழக்கமான சுத்தம் செய்தல் தேவைப்படுகிறது. முக்கியமான விஷயம் என்னவென்றால், சுத்தம் செய்யும் கரைசல் அல்லது பிளாஸ்மா மூல வாயு பள்ளத்தின் அடிப்பகுதி வரை பாய்வதை உறுதிசெய்ய, அனைத்து மாறிகளும் (பொருட்கள், மூல வாயு, நேரம், வடிவம் மற்றும் வரிசைமுறை போன்றவை) இயல்பாக சரிசெய்யப்பட வேண்டும். ஒரு மாறியில் ஏற்படும் சிறிய மாற்றம் மற்ற மாறிகளை மீண்டும் கணக்கிடத் தேவைப்படுகிறது, மேலும் இந்த மறு கணக்கீட்டு செயல்முறை ஒவ்வொரு கட்டத்தின் நோக்கத்தையும் பூர்த்தி செய்யும் வரை மீண்டும் மீண்டும் செய்யப்படுகிறது. சமீபத்தில், அணு அடுக்கு படிவு (ALD) அடுக்குகள் போன்ற ஒற்றை அணு அடுக்குகள் மெல்லியதாகவும் கடினமாகவும் மாறியுள்ளன. எனவே, அரித்தல் தொழில்நுட்பம் குறைந்த வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தங்களைப் பயன்படுத்துவதை நோக்கி நகர்கிறது. செதுக்குதல் செயல்முறையானது, நுண் வடிவங்களை உருவாக்குவதற்காக முக்கியப் பரிமாணத்தைக் (CD) கட்டுப்படுத்துவதையும், செதுக்குதல் செயல்முறையால் ஏற்படும் சிக்கல்களை, குறிப்பாக முழுமையற்ற செதுக்குதல் மற்றும் எச்சங்களை அகற்றுவது தொடர்பான சிக்கல்களைத் தவிர்ப்பதையும் நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. செதுக்குதல் குறித்த மேற்கூறிய இரண்டு கட்டுரைகளும், வாசகர்களுக்கு செதுக்குதல் செயல்முறையின் நோக்கம், மேற்கூறிய இலக்குகளை அடைவதில் உள்ள தடைகள் மற்றும் அத்தகைய தடைகளைக் கடக்கப் பயன்படுத்தப்படும் செயல்திறன் குறிகாட்டிகள் ஆகியவற்றைப் பற்றிய புரிதலை வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.