సెమీకండక్టర్ ప్యాటర్నింగ్ ప్రాసెస్ ఫ్లో-ఎచింగ్

తొలితరం వెట్ ఎచింగ్, క్లీనింగ్ లేదా యాషింగ్ ప్రక్రియల అభివృద్ధికి దోహదపడింది. నేడు, ప్లాస్మాను ఉపయోగించే డ్రై ఎచింగ్ ప్రధాన స్రవంతిగా మారింది.ఎచింగ్ ప్రక్రియప్లాస్మాలో ఎలక్ట్రాన్లు, కాటయాన్లు మరియు రాడికల్స్ ఉంటాయి. ప్లాస్మాకు శక్తిని ప్రయోగించినప్పుడు, తటస్థ స్థితిలో ఉన్న మూల వాయువు యొక్క బయటి ఎలక్ట్రాన్లు తొలగించబడతాయి, తద్వారా ఈ ఎలక్ట్రాన్లు కాటయాన్లుగా మార్చబడతాయి.

దీనికి అదనంగా, అణువులలోని లోపభూయిష్ట పరమాణువులను శక్తిని ప్రయోగించడం ద్వారా తొలగించి, విద్యుత్ పరంగా తటస్థమైన రాడికల్స్‌ను ఏర్పరచవచ్చు. డ్రై ఎచింగ్ ప్లాస్మాను ఏర్పరిచే కాటయాన్లు మరియు రాడికల్స్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇక్కడ కాటయాన్లు అనైసోట్రోపిక్‌గా (ఒక నిర్దిష్ట దిశలో ఎచింగ్ చేయడానికి అనుకూలంగా) మరియు రాడికల్స్ ఐసోట్రోపిక్‌గా (అన్ని దిశలలో ఎచింగ్ చేయడానికి అనుకూలంగా) ఉంటాయి. రాడికల్స్ సంఖ్య కాటయాన్ల సంఖ్య కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ సందర్భంలో, డ్రై ఎచింగ్ కూడా వెట్ ఎచింగ్ లాగా ఐసోట్రోపిక్‌గా ఉండాలి.

అయితే, డ్రై ఎచింగ్‌లోని అనైసోట్రోపిక్ ఎచింగ్ విధానమే అతి సూక్ష్మీకరించిన సర్క్యూట్‌లను సాధ్యం చేస్తుంది. దీనికి కారణం ఏమిటి? అంతేకాకుండా, కాటయాన్లు మరియు రాడికల్స్ యొక్క ఎచింగ్ వేగం చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది. కాబట్టి ఈ లోపం ఉన్నప్పటికీ మనం ప్లాస్మా ఎచింగ్ పద్ధతులను భారీ ఉత్పత్తికి ఎలా వర్తింపజేయగలం?

 

 

1. ఆస్పెక్ట్ రేషియో (A/R)

 

పటం 1. ఆస్పెక్ట్ రేషియో భావన మరియు దానిపై సాంకేతిక పురోగతి ప్రభావం

 

యాస్పెక్ట్ రేషియో అనేది అడ్డ వెడల్పుకు, నిలువు ఎత్తుకు మధ్య గల నిష్పత్తి (అంటే, ఎత్తును వెడల్పుతో భాగించడం). సర్క్యూట్ యొక్క క్రిటికల్ డైమెన్షన్ (CD) ఎంత చిన్నగా ఉంటే, యాస్పెక్ట్ రేషియో విలువ అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. అంటే, యాస్పెక్ట్ రేషియో విలువ 10 మరియు వెడల్పు 10nm అని అనుకుంటే, ఎచింగ్ ప్రక్రియలో వేసే రంధ్రం యొక్క ఎత్తు 100nm ఉండాలి. అందువల్ల, అతి సూక్ష్మీకరణ (2D) లేదా అధిక సాంద్రత (3D) అవసరమయ్యే తదుపరి తరం ఉత్పత్తుల కోసం, ఎచింగ్ సమయంలో కాటయాన్లు కింది పొరలోకి చొచ్చుకుపోగలవని నిర్ధారించడానికి అత్యంత అధిక యాస్పెక్ట్ రేషియో విలువలు అవసరం.

 

2D ఉత్పత్తులలో 10nm కంటే తక్కువ కీలక పరిమాణంతో అతి సూక్ష్మీకరణ సాంకేతికతను సాధించడానికి, డైనమిక్ రాండమ్ యాక్సెస్ మెమరీ (DRAM) యొక్క కెపాసిటర్ యాస్పెక్ట్ రేషియో విలువ 100 కంటే ఎక్కువగా ఉండేలా చూసుకోవాలి. అదేవిధంగా, 3D NAND ఫ్లాష్ మెమరీకి కూడా 256 లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సెల్ స్టాకింగ్ పొరలను పేర్చడానికి అధిక యాస్పెక్ట్ రేషియో విలువలు అవసరం. ఇతర ప్రక్రియలకు అవసరమైన షరతులు నెరవేరినప్పటికీ, అవసరమైన ఉత్పత్తులను తయారు చేయడం సాధ్యం కాదు.ఎచింగ్ ప్రక్రియప్రమాణాలకు అనుగుణంగా లేదు. అందుకే ఎచింగ్ టెక్నాలజీ ప్రాముఖ్యత అంతకంతకూ పెరుగుతోంది.

 

 

2. ప్లాస్మా ఎచింగ్ యొక్క అవలోకనం

 

పటం 2. ఫిల్మ్ రకాన్ని బట్టి ప్లాస్మా మూల వాయువును నిర్ధారించడం

 

బోలు గొట్టాన్ని ఉపయోగించినప్పుడు, గొట్టం వ్యాసం ఎంత సన్నగా ఉంటే, ద్రవం అంత సులభంగా లోపలికి ప్రవేశిస్తుంది, దీనినే కేశనాళిక దృగ్విషయం అంటారు. అయితే, బహిర్గతమైన ప్రదేశంలో ఒక రంధ్రం (మూసి ఉన్న చివర) వేయవలసి వస్తే, ద్రవం ప్రవేశించడం చాలా కష్టమవుతుంది. అందువల్ల, 1970ల మధ్యలో సర్క్యూట్ యొక్క కీలక పరిమాణం 3um నుండి 5um వరకు ఉన్నందున, పొడిఎచింగ్క్రమంగా వెట్ ఎచింగ్ స్థానాన్ని ప్రధాన స్రవంతిగా భర్తీ చేసింది. అంటే, అయనీకరణం చెందినప్పటికీ, లోతైన రంధ్రాలలోకి చొచ్చుకుపోవడం సులభం, ఎందుకంటే ఒకే అణువు యొక్క ఘనపరిమాణం ఒక సేంద్రీయ పాలిమర్ ద్రావణ అణువు కంటే చిన్నదిగా ఉంటుంది.

ప్లాస్మా ఎచింగ్ సమయంలో, సంబంధిత పొరకు తగిన ప్లాస్మా సోర్స్ గ్యాస్‌ను ప్రవేశపెట్టే ముందు, ఎచింగ్ కోసం ఉపయోగించే ప్రాసెసింగ్ ఛాంబర్ లోపలి భాగాన్ని వాక్యూమ్ స్థితికి సర్దుబాటు చేయాలి. సాలిడ్ ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌లను ఎచింగ్ చేసేటప్పుడు, మరింత బలమైన కార్బన్ ఫ్లోరైడ్ ఆధారిత సోర్స్ గ్యాస్‌లను ఉపయోగించాలి. సాపేక్షంగా బలహీనమైన సిలికాన్ లేదా మెటల్ ఫిల్మ్‌ల కోసం, క్లోరిన్ ఆధారిత ప్లాస్మా సోర్స్ గ్యాస్‌లను ఉపయోగించాలి.

అయితే, గేట్ పొరను మరియు దాని కింద ఉన్న సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2) ఇన్సులేటింగ్ పొరను ఎలా ఎట్చ్ చేయాలి?

మొదట, గేట్ పొర కోసం, పాలిసిలికాన్ ఎచింగ్ సెలెక్టివిటీతో కూడిన క్లోరిన్ ఆధారిత ప్లాస్మా (సిలికాన్ + క్లోరిన్)ను ఉపయోగించి సిలికాన్‌ను తొలగించాలి. దిగువ ఇన్సులేటింగ్ పొర కోసం, మరింత బలమైన ఎచింగ్ సెలెక్టివిటీ మరియు సమర్థతతో కూడిన కార్బన్ ఫ్లోరైడ్ ఆధారిత ప్లాస్మా సోర్స్ గ్యాస్ (సిలికాన్ డయాక్సైడ్ + కార్బన్ టెట్రాఫ్లోరైడ్)ను ఉపయోగించి సిలికాన్ డయాక్సైడ్ ఫిల్మ్‌ను రెండు దశల్లో ఎచ్ చేయాలి.

 

 

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

 

పటం 3. రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ యొక్క ప్రయోజనాలు (అనైసోట్రోపీ మరియు అధిక ఎచింగ్ రేటు)

 

ప్లాస్మాలో ఐసోట్రోపిక్ ఫ్రీ రాడికల్స్ మరియు అనైసోట్రోపిక్ కాటయాన్లు రెండూ ఉంటాయి, మరి అది అనైసోట్రోపిక్ ఎచింగ్‌ను ఎలా నిర్వహిస్తుంది?

ప్లాస్మా డ్రై ఎచింగ్‌ను ప్రధానంగా రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ (RIE) లేదా ఈ పద్ధతిపై ఆధారపడిన అనువర్తనాల ద్వారా నిర్వహిస్తారు. RIE పద్ధతి యొక్క ముఖ్య ఉద్దేశ్యం, ఎచింగ్ ప్రాంతంపై అనైసోట్రోపిక్ కాటయాన్‌లతో దాడి చేయడం ద్వారా ఫిల్మ్‌లోని లక్ష్య అణువుల మధ్య బంధన శక్తిని బలహీనపరచడం. బలహీనపడిన ఈ ప్రాంతం ఫ్రీ రాడికల్స్ ద్వారా శోషించబడి, పొరను ఏర్పరిచే కణాలతో కలిసి, వాయువుగా (ఒక అస్థిర సమ్మేళనం) మార్చబడి విడుదల అవుతుంది.

స్వేచ్ఛా రాడికల్స్‌కు ఐసోట్రోపిక్ లక్షణాలు ఉన్నప్పటికీ, బలమైన బంధన శక్తి గల ప్రక్క గోడలతో పోలిస్తే, అడుగు ఉపరితలాన్ని ఏర్పరిచే అణువులు (వీటి బంధన శక్తి కాటయాన్‌ల దాడి వల్ల బలహీనపడుతుంది) స్వేచ్ఛా రాడికల్స్ చేత మరింత సులభంగా పట్టుబడి కొత్త సమ్మేళనాలుగా మార్చబడతాయి. అందువల్ల, కిందికి ఎచింగ్ చేయడం ప్రధాన స్రవంతిగా మారుతుంది. పట్టుబడిన కణాలు స్వేచ్ఛా రాడికల్స్‌తో కలిసి వాయువుగా మారతాయి, ఇవి వాక్యూమ్ చర్య వల్ల ఉపరితలం నుండి డీసోర్బ్ చేయబడి విడుదల చేయబడతాయి.

 

ఈ సమయంలో, భౌతిక చర్య ద్వారా పొందిన కాటయాన్‌లు మరియు రసాయన చర్య ద్వారా పొందిన ఫ్రీ రాడికల్స్‌ను భౌతిక మరియు రసాయన ఎచింగ్ కోసం కలపడం జరుగుతుంది, మరియు కేవలం కాటయానిక్ ఎచింగ్ లేదా ఫ్రీ రాడికల్ ఎచింగ్‌తో పోలిస్తే ఎచింగ్ రేటు (ఎచ్ రేట్, ఒక నిర్దిష్ట కాలంలో జరిగే ఎచింగ్ స్థాయి) 10 రెట్లు పెరుగుతుంది. ఈ పద్ధతి అనైసోట్రోపిక్ డౌన్‌వర్డ్ ఎచింగ్ యొక్క ఎచింగ్ రేటును పెంచడమే కాకుండా, ఎచింగ్ తర్వాత మిగిలిపోయే పాలిమర్ అవశేషాల సమస్యను కూడా పరిష్కరిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ (RIE) అంటారు. RIE ఎచింగ్ విజయానికి కీలకం, ఫిల్మ్‌ను ఎచింగ్ చేయడానికి అనువైన ప్లాస్మా సోర్స్ గ్యాస్‌ను కనుగొనడం. గమనిక: ప్లాస్మా ఎచింగ్ అనేది RIE ఎచింగ్, మరియు ఈ రెండింటినీ ఒకే భావనగా పరిగణించవచ్చు.

 

 

4. ఎట్చ్ రేట్ మరియు కోర్ పెర్ఫార్మెన్స్ ఇండెక్స్

 

పటం 4. ఎట్చ్ రేటుకు సంబంధించిన కోర్ ఎట్చ్ పనితీరు సూచిక

 

ఎచ్ రేట్ అనేది ఒక నిమిషంలో చేరాలని ఆశించే ఫిల్మ్ యొక్క లోతును సూచిస్తుంది. అయితే ఒకే వేఫర్‌పై ఎచ్ రేట్ భాగం నుండి భాగానికి మారుతుంది అనడంలో అర్థం ఏమిటి?

దీని అర్థం వేఫర్‌పై భాగాలను బట్టి ఎట్చ్ లోతు మారుతూ ఉంటుంది. ఈ కారణంగా, సగటు ఎట్చ్ రేటు మరియు ఎట్చ్ లోతును పరిగణనలోకి తీసుకుని, ఎట్చింగ్ ఎక్కడ ఆగిపోవాలో ఆ తుది బిందువును (EOP) నిర్ణయించడం చాలా ముఖ్యం. EOPని నిర్ణయించినప్పటికీ, మొదట ప్రణాళిక వేసిన దానికంటే కొన్ని ప్రాంతాలలో ఎట్చ్ లోతు ఎక్కువగా (ఓవర్-ఎట్చ్డ్) లేదా తక్కువగా (అండర్-ఎట్చ్డ్) ఉంటుంది. అయితే, ఎట్చింగ్ సమయంలో ఓవర్-ఎట్చింగ్ కంటే అండర్-ఎట్చింగ్ ఎక్కువ నష్టాన్ని కలిగిస్తుంది. ఎందుకంటే అండర్-ఎట్చింగ్ జరిగినప్పుడు, తక్కువగా ఎట్చ్ అయిన భాగం అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ వంటి తదుపరి ప్రక్రియలకు ఆటంకం కలిగిస్తుంది.

అదే సమయంలో, సెలెక్టివిటీ (ఎచ్ రేట్ ద్వారా కొలవబడుతుంది) అనేది ఎచింగ్ ప్రక్రియ యొక్క ఒక ముఖ్యమైన పనితీరు సూచిక. దీని కొలత ప్రమాణం, మాస్క్ లేయర్ (ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్, ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్, సిలికాన్ నైట్రైడ్ ఫిల్మ్ మొదలైనవి) మరియు టార్గెట్ లేయర్ యొక్క ఎచ్ రేట్‌ను పోల్చడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. దీని అర్థం, సెలెక్టివిటీ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, టార్గెట్ లేయర్ అంత వేగంగా ఎచ్ చేయబడుతుంది. సూక్ష్మీకరణ స్థాయి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, సూక్ష్మమైన నమూనాలను సంపూర్ణంగా ప్రదర్శించడానికి అవసరమైన సెలెక్టివిటీ కూడా అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఎచింగ్ దిశ సరళంగా ఉండటం వలన, కాటయానిక్ ఎచింగ్ యొక్క సెలెక్టివిటీ తక్కువగా ఉంటుంది, అయితే రాడికల్ ఎచింగ్ యొక్క సెలెక్టివిటీ ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది RIE యొక్క సెలెక్టివిటీని మెరుగుపరుస్తుంది.

 

 

5. ఎచింగ్ ప్రక్రియ

 

పటం 5. ఎచింగ్ ప్రక్రియ

 

మొదట, వేఫర్‌ను 800 నుండి 1000℃ మధ్య ఉష్ణోగ్రతను నిర్వహించే ఆక్సీకరణ కొలిమిలో ఉంచి, ఆపై పొడి పద్ధతి ద్వారా వేఫర్ ఉపరితలంపై అధిక ఇన్సులేషన్ లక్షణాలు గల సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2) పొరను ఏర్పరుస్తారు. తరువాత, కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (CVD)/ఫిజికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (PVD) ద్వారా ఆక్సైడ్ పొరపై సిలికాన్ పొరను లేదా వాహక పొరను ఏర్పరచడానికి డిపోజిషన్ ప్రక్రియను ప్రారంభిస్తారు. ఒకవేళ సిలికాన్ పొరను ఏర్పరిస్తే, అవసరమైతే వాహకతను పెంచడానికి మలినాల వ్యాపన ప్రక్రియను నిర్వహించవచ్చు. మలినాల వ్యాపన ప్రక్రియ సమయంలో, తరచుగా అనేక మలినాలను పదేపదే కలుపుతారు.

ఈ సమయంలో, ఎచింగ్ కోసం ఇన్సులేటింగ్ పొర మరియు పాలిసిలికాన్ పొరను కలపాలి. మొదట, ఫోటోరెసిస్ట్‌ను ఉపయోగిస్తారు. ఆ తర్వాత, ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్‌పై ఒక మాస్క్‌ను ఉంచి, ఫోటోరెసిస్ట్ ఫిల్మ్‌పై కావలసిన నమూనాను (కంటికి కనిపించనిది) ముద్రించడానికి ముంచి వెట్ ఎక్స్‌పోజర్ చేస్తారు. డెవలప్‌మెంట్ ద్వారా నమూనా ఆకృతి వెల్లడైనప్పుడు, కాంతికి సున్నితమైన ప్రాంతంలోని ఫోటోరెసిస్ట్‌ను తొలగిస్తారు. అప్పుడు, ఫోటోలిథోగ్రఫీ ప్రక్రియ ద్వారా ప్రాసెస్ చేయబడిన వేఫర్‌ను డ్రై ఎచింగ్ కోసం ఎచింగ్ ప్రక్రియకు బదిలీ చేస్తారు.

డ్రై ఎచింగ్ ప్రధానంగా రియాక్టివ్ అయాన్ ఎచింగ్ (RIE) ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది, దీనిలో ప్రతి ఫిల్మ్‌కు తగిన సోర్స్ గ్యాస్‌ను మారుస్తూ ఎచింగ్‌ను పునరావృతం చేస్తారు. డ్రై ఎచింగ్ మరియు వెట్ ఎచింగ్ రెండింటి లక్ష్యం ఎచింగ్ యొక్క యాస్పెక్ట్ రేషియో (A/R విలువ)ను పెంచడమే. దీనికి అదనంగా, రంధ్రం అడుగుభాగంలో (ఎచింగ్ వల్ల ఏర్పడిన ఖాళీలో) పేరుకుపోయిన పాలిమర్‌ను తొలగించడానికి క్రమం తప్పకుండా శుభ్రపరచడం అవసరం. ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, క్లీనింగ్ సొల్యూషన్ లేదా ప్లాస్మా సోర్స్ గ్యాస్ ట్రెంచ్ అడుగుభాగం వరకు ప్రవహించేలా చూసుకోవడానికి అన్ని వేరియబుల్స్ (మెటీరియల్స్, సోర్స్ గ్యాస్, సమయం, రూపం మరియు క్రమం వంటివి) సమన్వయంతో సర్దుబాటు చేయాలి. ఒక వేరియబుల్‌లో చిన్న మార్పు వచ్చినా ఇతర వేరియబుల్స్‌ను తిరిగి లెక్కించాల్సి వస్తుంది, మరియు ప్రతి దశ యొక్క ఉద్దేశ్యాన్ని నెరవేర్చే వరకు ఈ పునఃలెక్కింపు ప్రక్రియ పునరావృతం చేయబడుతుంది. ఇటీవల, అటామిక్ లేయర్ డిపోజిషన్ (ALD) పొరల వంటి మోనోఅటామిక్ పొరలు పలుచగా మరియు గట్టిగా మారాయి. అందువల్ల, ఎచింగ్ టెక్నాలజీ తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు పీడనాల వాడకం వైపు మళ్లుతోంది. సూక్ష్మమైన నమూనాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి క్రిటికల్ డైమెన్షన్ (CD)ను నియంత్రించడం, మరియు ఎచింగ్ ప్రక్రియ వలన కలిగే సమస్యలను, ముఖ్యంగా అండర్-ఎచింగ్ మరియు అవశేషాలను తొలగించడంలో ఎదురయ్యే సమస్యలను నివారించడం ఎచింగ్ ప్రక్రియ యొక్క లక్ష్యం. ఎచింగ్‌పై ఉన్న పై రెండు వ్యాసాలు, ఎచింగ్ ప్రక్రియ యొక్క ఉద్దేశ్యం, పైన పేర్కొన్న లక్ష్యాలను సాధించడంలో ఎదురయ్యే అడ్డంకులు, మరియు అటువంటి అడ్డంకులను అధిగమించడానికి ఉపయోగించే పనితీరు సూచికల గురించి పాఠకులకు అవగాహన కల్పించడమే లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి.