సెమీకండక్టర్ నమూనా ప్రక్రియ ప్రవాహ-ఎచింగ్

తొలి తడి చెక్కడం శుభ్రపరచడం లేదా బూడిద ప్రక్రియల అభివృద్ధిని ప్రోత్సహించింది. నేడు, ప్లాస్మాను ఉపయోగించి పొడి చెక్కడం ప్రధాన స్రవంతిలోకి వచ్చింది.చెక్కే ప్రక్రియ. ప్లాస్మాలో ఎలక్ట్రాన్లు, కాటయాన్లు మరియు రాడికల్లు ఉంటాయి. ప్లాస్మాకు వర్తించే శక్తి తటస్థ స్థితిలో ఉన్న మూల వాయువు యొక్క బయటి ఎలక్ట్రాన్లను తొలగించి, తద్వారా ఈ ఎలక్ట్రాన్లను కాటయాన్లుగా మారుస్తుంది.

అదనంగా, విద్యుత్ తటస్థ రాడికల్‌లను ఏర్పరచడానికి శక్తిని ప్రయోగించడం ద్వారా అణువులలోని అసంపూర్ణ అణువులను తొలగించవచ్చు. డ్రై ఎచింగ్ ప్లాస్మాను తయారు చేసే కాటయాన్‌లు మరియు రాడికల్‌లను ఉపయోగిస్తుంది, ఇక్కడ కాటయాన్‌లు అనిసోట్రోపిక్ (ఒక నిర్దిష్ట దిశలో ఎచింగ్‌కు అనుకూలం) మరియు రాడికల్‌లు ఐసోట్రోపిక్ (అన్ని దిశలలో ఎచింగ్‌కు అనుకూలం). రాడికల్‌ల సంఖ్య కాటయాన్‌ల సంఖ్య కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ సందర్భంలో, డ్రై ఎచింగ్ తడి ఎచింగ్ లాగా ఐసోట్రోపిక్‌గా ఉండాలి.

అయితే, అల్ట్రా-మినియరైజ్డ్ సర్క్యూట్‌లను సాధ్యం చేసేది డ్రై ఎచింగ్ యొక్క అనిసోట్రోపిక్ ఎచింగ్. దీనికి కారణం ఏమిటి? అదనంగా, కాటయాన్స్ మరియు రాడికల్స్ యొక్క ఎచింగ్ వేగం చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది. కాబట్టి ఈ లోపాన్ని ఎదుర్కొంటూ ప్లాస్మా ఎచింగ్ పద్ధతులను సామూహిక ఉత్పత్తికి ఎలా అన్వయించవచ్చు?

 

 

1. కారక నిష్పత్తి (A/R)

 

చిత్రం 1. కారక నిష్పత్తి భావన మరియు దానిపై సాంకేతిక పురోగతి ప్రభావం

 

కారక నిష్పత్తి అనేది క్షితిజ సమాంతర వెడల్పు నుండి నిలువు ఎత్తుకు మధ్య నిష్పత్తి (అంటే, ఎత్తును వెడల్పుతో భాగించండి). సర్క్యూట్ యొక్క క్లిష్టమైన పరిమాణం (CD) చిన్నగా ఉంటే, కారక నిష్పత్తి విలువ అంత పెద్దదిగా ఉంటుంది. అంటే, 10 కారక నిష్పత్తి విలువ మరియు 10nm వెడల్పును ఊహిస్తే, ఎచింగ్ ప్రక్రియ సమయంలో డ్రిల్లింగ్ చేయబడిన రంధ్రం యొక్క ఎత్తు 100nm ఉండాలి. అందువల్ల, అల్ట్రా-మినియటరైజేషన్ (2D) లేదా అధిక సాంద్రత (3D) అవసరమయ్యే తదుపరి తరం ఉత్పత్తులకు, ఎచింగ్ సమయంలో కాటయాన్‌లు దిగువ ఫిల్మ్‌లోకి చొచ్చుకుపోగలవని నిర్ధారించుకోవడానికి చాలా ఎక్కువ కారక నిష్పత్తి విలువలు అవసరం.

 

2D ఉత్పత్తులలో 10nm కంటే తక్కువ క్లిష్టమైన పరిమాణంతో అల్ట్రా-మినియేటరైజేషన్ టెక్నాలజీని సాధించడానికి, డైనమిక్ రాండమ్ యాక్సెస్ మెమరీ (DRAM) యొక్క కెపాసిటర్ ఆస్పెక్ట్ రేషియో విలువను 100 కంటే ఎక్కువగా నిర్వహించాలి. అదేవిధంగా, 3D NAND ఫ్లాష్ మెమరీకి 256 లేయర్‌లు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సెల్ స్టాకింగ్ లేయర్‌లను పేర్చడానికి అధిక ఆస్పెక్ట్ రేషియో విలువలు అవసరం. ఇతర ప్రక్రియలకు అవసరమైన పరిస్థితులు నెరవేరినప్పటికీ, అవసరమైన ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేయలేకపోతేచెక్కే ప్రక్రియప్రమాణాలకు అనుగుణంగా లేదు. అందుకే ఎచింగ్ టెక్నాలజీ చాలా ముఖ్యమైనదిగా మారుతోంది.

 

 

2. ప్లాస్మా ఎచింగ్ యొక్క అవలోకనం

 

చిత్రం 2. ఫిల్మ్ రకం ప్రకారం ప్లాస్మా మూల వాయువును నిర్ణయించడం

 

బోలు పైపును ఉపయోగించినప్పుడు, పైపు వ్యాసం సన్నగా ఉంటుంది, ద్రవం లోపలికి ప్రవేశించడం సులభం అవుతుంది, దీనిని కేశనాళిక దృగ్విషయం అని పిలుస్తారు. అయితే, బహిర్గత ప్రదేశంలో రంధ్రం (క్లోజ్డ్ ఎండ్) వేయవలసి వస్తే, ద్రవం యొక్క ఇన్‌పుట్ చాలా కష్టమవుతుంది. అందువల్ల, 1970ల మధ్యలో సర్క్యూట్ యొక్క క్లిష్టమైన పరిమాణం 3um నుండి 5um వరకు ఉన్నందున, పొడిగా ఉంటుంది.చెక్కడంక్రమంగా తడి ఎచింగ్‌ను ప్రధాన స్రవంతిలోకి మార్చింది. అంటే, అయనీకరణం చేయబడినప్పటికీ, లోతైన రంధ్రాలలోకి చొచ్చుకుపోవడం సులభం ఎందుకంటే ఒకే అణువు యొక్క పరిమాణం సేంద్రీయ పాలిమర్ ద్రావణ అణువు కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

ప్లాస్మా ఎచింగ్ సమయంలో, సంబంధిత పొరకు తగిన ప్లాస్మా సోర్స్ వాయువును ఇంజెక్ట్ చేసే ముందు ఎచింగ్ కోసం ఉపయోగించే ప్రాసెసింగ్ చాంబర్ లోపలి భాగాన్ని వాక్యూమ్ స్థితికి సర్దుబాటు చేయాలి. ఘన ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌లను ఎచింగ్ చేసేటప్పుడు, బలమైన కార్బన్ ఫ్లోరైడ్ ఆధారిత సోర్స్ వాయువులను ఉపయోగించాలి. సాపేక్షంగా బలహీనమైన సిలికాన్ లేదా మెటల్ ఫిల్మ్‌ల కోసం, క్లోరిన్ ఆధారిత ప్లాస్మా సోర్స్ వాయువులను ఉపయోగించాలి.

కాబట్టి, గేట్ పొర మరియు అంతర్లీన సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2) ఇన్సులేటింగ్ పొరను ఎలా చెక్కాలి?

ముందుగా, గేట్ పొర కోసం, పాలీసిలికాన్ ఎచింగ్ సెలెక్టివిటీతో క్లోరిన్-ఆధారిత ప్లాస్మా (సిలికాన్ + క్లోరిన్) ఉపయోగించి సిలికాన్‌ను తొలగించాలి. దిగువ ఇన్సులేటింగ్ పొర కోసం, సిలికాన్ డయాక్సైడ్ ఫిల్మ్‌ను బలమైన ఎచింగ్ సెలెక్టివిటీ మరియు ప్రభావంతో కార్బన్ ఫ్లోరైడ్-ఆధారిత ప్లాస్మా సోర్స్ గ్యాస్ (సిలికాన్ డయాక్సైడ్ + కార్బన్ టెట్రాఫ్లోరైడ్) ఉపయోగించి రెండు దశల్లో ఎచింగ్ చేయాలి.

 

 

3. రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ (RIE లేదా ఫిజికోకెమికల్ ఎచింగ్) ప్రక్రియ

 

చిత్రం 3. రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ యొక్క ప్రయోజనాలు (అనిసోట్రోపి మరియు అధిక ఎచింగ్ రేటు)

 

ప్లాస్మాలో ఐసోట్రోపిక్ ఫ్రీ రాడికల్స్ మరియు అనిసోట్రోపిక్ కాటయాన్స్ రెండూ ఉంటాయి, కాబట్టి ఇది అనిసోట్రోపిక్ ఎచింగ్‌ను ఎలా నిర్వహిస్తుంది?

ప్లాస్మా డ్రై ఎచింగ్ ప్రధానంగా రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ (RIE, రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్) లేదా ఈ పద్ధతి ఆధారంగా అప్లికేషన్ల ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది. RIE పద్ధతి యొక్క ప్రధాన అంశం ఏమిటంటే, ఎచింగ్ ప్రాంతంపై అనిసోట్రోపిక్ కాటయాన్‌లతో దాడి చేయడం ద్వారా ఫిల్మ్‌లోని లక్ష్య అణువుల మధ్య బంధన శక్తిని బలహీనపరచడం. బలహీనమైన ప్రాంతం ఫ్రీ రాడికల్స్ ద్వారా గ్రహించబడుతుంది, పొరను తయారు చేసే కణాలతో కలిపి, వాయువుగా (అస్థిర సమ్మేళనం) మార్చబడుతుంది మరియు విడుదల చేయబడుతుంది.

స్వేచ్ఛా రాశులు ఐసోట్రోపిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, దిగువ ఉపరితలాన్ని తయారు చేసే అణువులు (దీని బంధన శక్తి కాటయాన్‌ల దాడి ద్వారా బలహీనపడుతుంది) స్వేచ్ఛా రాశులచే సులభంగా సంగ్రహించబడతాయి మరియు బలమైన బంధన శక్తి కలిగిన సైడ్ వాల్‌ల కంటే కొత్త సమ్మేళనాలుగా మార్చబడతాయి. అందువల్ల, క్రిందికి చెక్కడం ప్రధాన స్రవంతి అవుతుంది. సంగ్రహించబడిన కణాలు స్వేచ్ఛా రాశులతో వాయువుగా మారుతాయి, ఇవి వాక్యూమ్ చర్యలో నిర్జనమై ఉపరితలం నుండి విడుదలవుతాయి.

 

ఈ సమయంలో, భౌతిక చర్య ద్వారా పొందిన కాటయాన్‌లు మరియు రసాయన చర్య ద్వారా పొందిన ఫ్రీ రాడికల్‌లను భౌతిక మరియు రసాయన ఎచింగ్ కోసం కలుపుతారు మరియు ఎచింగ్ రేటు (ఎట్చ్ రేట్, ఒక నిర్దిష్ట కాలంలో ఎచింగ్ డిగ్రీ) కాటినిక్ ఎచింగ్ లేదా ఫ్రీ రాడికల్ ఎచింగ్ విషయంలో పోలిస్తే 10 రెట్లు పెరుగుతుంది. ఈ పద్ధతి అనిసోట్రోపిక్ డౌన్‌వర్డ్ ఎచింగ్ యొక్క ఎచింగ్ రేటును పెంచడమే కాకుండా, ఎచింగ్ తర్వాత పాలిమర్ అవశేషాల సమస్యను కూడా పరిష్కరిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ (RIE) అంటారు. RIE ఎచింగ్ విజయానికి కీలకం ఫిల్మ్‌ను ఎచింగ్ చేయడానికి అనువైన ప్లాస్మా సోర్స్ వాయువును కనుగొనడం. గమనిక: ప్లాస్మా ఎచింగ్ అనేది RIE ఎచింగ్, మరియు రెండింటినీ ఒకే భావనగా పరిగణించవచ్చు.

 

 

4. ఎట్చ్ రేట్ మరియు కోర్ పనితీరు సూచిక

 

చిత్రం 4. ఎట్చ్ రేటుకు సంబంధించిన కోర్ ఎట్చ్ పనితీరు సూచిక

 

ఎచ్ రేటు అనేది ఒక నిమిషంలో చేరుకోగల ఫిల్మ్ యొక్క లోతును సూచిస్తుంది. కాబట్టి ఒకే వేఫర్‌పై ఎచ్ రేటు ఒక భాగం నుండి మరొక భాగానికి మారుతుంది అంటే ఏమిటి?

దీని అర్థం వేఫర్‌పై ఎట్చ్ లోతు ఒక భాగం నుండి మరొక భాగానికి మారుతూ ఉంటుంది. ఈ కారణంగా, సగటు ఎట్చ్ రేటు మరియు ఎట్చ్ లోతును పరిగణనలోకి తీసుకొని ఎచింగ్ ఆపవలసిన ముగింపు బిందువు (EOP)ని సెట్ చేయడం చాలా ముఖ్యం. EOP సెట్ చేయబడినప్పటికీ, ఎట్చ్ లోతు మొదట అనుకున్న దానికంటే లోతుగా (ఓవర్-ఎచెడ్) లేదా నిస్సారంగా (అండర్-ఎచెడ్) ఉన్న కొన్ని ప్రాంతాలు ఇప్పటికీ ఉన్నాయి. అయితే, ఎచింగ్ సమయంలో ఓవర్-ఎచింగ్ కంటే అండర్-ఎచింగ్ ఎక్కువ నష్టాన్ని కలిగిస్తుంది. ఎందుకంటే అండర్-ఎచింగ్ విషయంలో, అండర్-ఎచెడ్ భాగం అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ వంటి తదుపరి ప్రక్రియలను అడ్డుకుంటుంది.

ఇంతలో, సెలెక్టివిటీ (ఎట్చ్ రేటు ద్వారా కొలుస్తారు) అనేది ఎచింగ్ ప్రక్రియ యొక్క కీలక పనితీరు సూచిక. కొలత ప్రమాణం మాస్క్ లేయర్ (ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్, ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్, సిలికాన్ నైట్రైడ్ ఫిల్మ్, మొదలైనవి) మరియు టార్గెట్ లేయర్ యొక్క ఎట్చ్ రేటు పోలికపై ఆధారపడి ఉంటుంది. దీని అర్థం సెలెక్టివిటీ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, టార్గెట్ లేయర్ అంత వేగంగా ఎచెడ్ చేయబడుతుంది. సూక్ష్మీకరణ స్థాయి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, చక్కటి నమూనాలను సంపూర్ణంగా ప్రదర్శించగలరని నిర్ధారించుకోవడానికి సెలెక్టివిటీ అవసరం ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఎచింగ్ దిశ నేరుగా ఉన్నందున, కాటినిక్ ఎచింగ్ యొక్క సెలెక్టివిటీ తక్కువగా ఉంటుంది, అయితే రాడికల్ ఎచింగ్ యొక్క సెలెక్టివిటీ ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది RIE యొక్క సెలెక్టివిటీని మెరుగుపరుస్తుంది.

 

 

5. చెక్కే ప్రక్రియ

 

చిత్రం 5. ఎచింగ్ ప్రక్రియ

 

ముందుగా, వేఫర్‌ను 800 మరియు 1000℃ మధ్య ఉష్ణోగ్రత నిర్వహించబడే ఆక్సీకరణ కొలిమిలో ఉంచుతారు, ఆపై పొడి పద్ధతి ద్వారా వేఫర్ ఉపరితలంపై అధిక ఇన్సులేషన్ లక్షణాలు కలిగిన సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2) ఫిల్మ్ ఏర్పడుతుంది. తరువాత, రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD)/భౌతిక ఆవిరి నిక్షేపణ (PVD) ద్వారా ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌పై సిలికాన్ పొర లేదా వాహక పొరను ఏర్పరచడానికి నిక్షేపణ ప్రక్రియను ప్రవేశపెడతారు. సిలికాన్ పొర ఏర్పడితే, అవసరమైతే వాహకతను పెంచడానికి ఒక అశుద్ధ వ్యాప్తి ప్రక్రియను నిర్వహించవచ్చు. అశుద్ధ వ్యాప్తి ప్రక్రియ సమయంలో, బహుళ మలినాలను తరచుగా పదేపదే జోడించబడతాయి.

ఈ సమయంలో, ఇన్సులేటింగ్ పొర మరియు పాలీసిలికాన్ పొరను ఎచింగ్ కోసం కలపాలి. ముందుగా, ఫోటోరెసిస్ట్ ఉపయోగించబడుతుంది. తదనంతరం, ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్‌పై ఒక ముసుగు ఉంచబడుతుంది మరియు ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్‌పై కావలసిన నమూనాను (కంటితో కనిపించని) ముద్రించడానికి ఇమ్మర్షన్ ద్వారా తడి ఎక్స్‌పోజర్ నిర్వహిస్తారు. అభివృద్ధి ద్వారా నమూనా రూపురేఖలు వెల్లడైనప్పుడు, ఫోటోసెన్సిటివ్ ప్రాంతంలోని ఫోటోరెసిస్ట్ తొలగించబడుతుంది. తరువాత, ఫోటోలిథోగ్రఫీ ప్రక్రియ ద్వారా ప్రాసెస్ చేయబడిన వేఫర్ డ్రై ఎచింగ్ కోసం ఎచింగ్ ప్రక్రియకు బదిలీ చేయబడుతుంది.

డ్రై ఎచింగ్ ప్రధానంగా రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ (RIE) ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది, దీనిలో ఎచింగ్ ప్రధానంగా ప్రతి ఫిల్మ్‌కు తగిన సోర్స్ గ్యాస్‌ను భర్తీ చేయడం ద్వారా పునరావృతమవుతుంది. డ్రై ఎచింగ్ మరియు వెట్ ఎచింగ్ రెండూ ఎచింగ్ యొక్క కారక నిష్పత్తి (A/R విలువ) పెంచడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి. అదనంగా, రంధ్రం దిగువన పేరుకుపోయిన పాలిమర్‌ను (ఎచింగ్ ద్వారా ఏర్పడిన అంతరం) తొలగించడానికి క్రమం తప్పకుండా శుభ్రపరచడం అవసరం. ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, శుభ్రపరిచే ద్రావణం లేదా ప్లాస్మా సోర్స్ గ్యాస్ ట్రెంచ్ దిగువకు ప్రవహించగలదని నిర్ధారించుకోవడానికి అన్ని వేరియబుల్స్ (పదార్థాలు, సోర్స్ గ్యాస్, సమయం, రూపం మరియు క్రమం వంటివి) సేంద్రీయంగా సర్దుబాటు చేయాలి. వేరియబుల్‌లో స్వల్ప మార్పుకు ఇతర వేరియబుల్స్‌ను తిరిగి లెక్కించడం అవసరం మరియు ఈ రీకాలిక్యులేషన్ ప్రక్రియ ప్రతి దశ యొక్క ప్రయోజనాన్ని చేరుకునే వరకు పునరావృతమవుతుంది. ఇటీవల, అటామిక్ లేయర్ డిపాజిషన్ (ALD) పొరలు వంటి మోనోఅటామిక్ పొరలు సన్నగా మరియు కఠినంగా మారాయి. అందువల్ల, ఎచింగ్ టెక్నాలజీ తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు పీడనాల వాడకం వైపు కదులుతోంది. ఎచింగ్ ప్రక్రియ క్లిష్టమైన కోణాన్ని (CD) నియంత్రించడం ద్వారా చక్కటి నమూనాలను ఉత్పత్తి చేయడం మరియు ఎచింగ్ ప్రక్రియ వల్ల కలిగే సమస్యలను నివారించడం, ముఖ్యంగా అండర్-ఎచింగ్ మరియు అవశేషాల తొలగింపుకు సంబంధించిన సమస్యలను నిర్ధారించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. ఎచింగ్‌పై పైన పేర్కొన్న రెండు కథనాలు పాఠకులకు ఎచింగ్ ప్రక్రియ యొక్క ఉద్దేశ్యం, పైన పేర్కొన్న లక్ష్యాలను సాధించడానికి ఉన్న అడ్డంకులు మరియు అటువంటి అడ్డంకులను అధిగమించడానికి ఉపయోగించే పనితీరు సూచికల గురించి అవగాహన కల్పించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి.