सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रिया

सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रिया में आमतौर पर चार बुनियादी अवस्थाएँ होती हैं: नक़्क़ाशी से पहले, आंशिक नक़्क़ाशी, केवल नक़्क़ाशी, और अधिक नक़्क़ाशी। मुख्य विशेषताएं नक़्क़ाशी दर, चयनात्मकता, महत्वपूर्ण आयाम, एकरूपता और समापन बिंदु का पता लगाना हैं।

 चित्र 1 नक़्क़ाशी से पहले

चित्र 2 आंशिक नक़्क़ाशी

चित्र 3 बस नक़्क़ाशी

चित्र 4 नक़्क़ाशी पर

(1) नक़्क़ाशी दर: प्रति इकाई समय में निकाली गई नक़्क़ाशीदार सामग्री की गहराई या मोटाई।

चित्र 5 नक़्क़ाशी दर आरेख

(2) चयनात्मकता: विभिन्न नक़्क़ाशी सामग्री की नक़्क़ाशी दर का अनुपात।

चित्र 6 चयनात्मकता आरेख

(3) महत्वपूर्ण आयाम: नक़्क़ाशी पूरी होने के बाद एक विशिष्ट क्षेत्र में पैटर्न का आकार।

चित्र 7 महत्वपूर्ण आयाम आरेख

(4) एकरूपता: महत्वपूर्ण नक़्क़ाशी आयाम (सीडी) की एकरूपता को मापने के लिए, आमतौर पर सीडी के पूर्ण मानचित्र द्वारा विशेषता, सूत्र है: यू = (अधिकतम-न्यूनतम) / 2 * एवीजी।

चित्र 8 एकरूपता योजनाबद्ध आरेख

(5) अंतिम बिंदु का पता लगाना: नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान, प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन का लगातार पता लगाया जाता है। जब एक निश्चित प्रकाश की तीव्रता काफी बढ़ जाती है या गिर जाती है, तो फिल्म नक़्क़ाशी की एक निश्चित परत के पूरा होने को चिह्नित करने के लिए नक़्क़ाशी को समाप्त कर दिया जाता है।

चित्र 9 अंतिम बिंदु योजनाबद्ध आरेख

शुष्क नक़्क़ाशी में, गैस उच्च आवृत्ति (मुख्य रूप से 13.56 मेगाहर्ट्ज या 2.45 गीगाहर्ट्ज) द्वारा उत्तेजित होती है। 1 से 100 Pa के दबाव पर, इसका औसत मुक्त पथ कई मिलीमीटर से कई सेंटीमीटर है। सूखी नक़्क़ाशी के तीन मुख्य प्रकार हैं:

•भौतिक शुष्क नक़्क़ाशी: त्वरित कण भौतिक रूप से वेफर सतह को घिसते हैं

•रासायनिक सूखी नक़्क़ाशी: गैस वेफर सतह के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करती है

•रासायनिक भौतिक शुष्क नक़्क़ाशी: रासायनिक विशेषताओं के साथ भौतिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया

1. आयन किरण नक़्क़ाशी

आयन बीम नक़्क़ाशी (आयन बीम नक़्क़ाशी) एक भौतिक शुष्क प्रसंस्करण प्रक्रिया है जो सामग्री की सतह को विकिरणित करने के लिए लगभग 1 से 3 केवी की ऊर्जा के साथ उच्च ऊर्जा आर्गन आयन बीम का उपयोग करती है। आयन किरण की ऊर्जा सतह सामग्री को प्रभावित करने और हटाने का कारण बनती है। ऊर्ध्वाधर या तिरछी आपतित आयन किरणों के मामले में नक़्क़ाशी प्रक्रिया अनिसोट्रोपिक है। हालाँकि, इसकी चयनात्मकता की कमी के कारण, विभिन्न स्तरों पर सामग्रियों के बीच कोई स्पष्ट अंतर नहीं है। उत्पन्न गैसें और नक़्क़ाशीदार सामग्री वैक्यूम पंप द्वारा समाप्त हो जाती हैं, लेकिन चूंकि प्रतिक्रिया उत्पाद गैसें नहीं होते हैं, इसलिए कण वेफर या कक्ष की दीवारों पर जमा हो जाते हैं।

कणों के निर्माण को रोकने के लिए, कक्ष में दूसरी गैस डाली जा सकती है। यह गैस आर्गन आयनों के साथ प्रतिक्रिया करेगी और भौतिक और रासायनिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया का कारण बनेगी। गैस का एक हिस्सा सतह सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करेगा, लेकिन यह पॉलिश कणों के साथ भी प्रतिक्रिया करके गैसीय उपोत्पाद बनाएगा। इस विधि से लगभग सभी प्रकार की सामग्रियों को उकेरा जा सकता है। ऊर्ध्वाधर विकिरण के कारण, ऊर्ध्वाधर दीवारों पर घिसाव बहुत छोटा (उच्च अनिसोट्रॉपी) होता है। हालाँकि, इसकी कम चयनात्मकता और धीमी नक़्क़ाशी दर के कारण, वर्तमान अर्धचालक निर्माण में इस प्रक्रिया का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है।

2. प्लाज्मा नक़्क़ाशी

प्लाज्मा नक़्क़ाशी एक पूर्ण रासायनिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया है, जिसे रासायनिक सूखी नक़्क़ाशी के रूप में भी जाना जाता है। इसका लाभ यह है कि इससे वेफर सतह पर आयन क्षति नहीं होती है। चूंकि नक़्क़ाशी गैस में सक्रिय प्रजातियां स्थानांतरित होने के लिए स्वतंत्र हैं और नक़्क़ाशी प्रक्रिया आइसोट्रोपिक है, यह विधि पूरी फिल्म परत को हटाने के लिए उपयुक्त है (उदाहरण के लिए, थर्मल ऑक्सीकरण के बाद पीछे की तरफ की सफाई)।

डाउनस्ट्रीम रिएक्टर एक प्रकार का रिएक्टर है जिसका उपयोग आमतौर पर प्लाज्मा नक़्क़ाशी के लिए किया जाता है। इस रिएक्टर में, प्लाज्मा 2.45GHz के उच्च-आवृत्ति विद्युत क्षेत्र में प्रभाव आयनीकरण द्वारा उत्पन्न होता है और वेफर से अलग हो जाता है।

गैस डिस्चार्ज क्षेत्र में प्रभाव और उत्तेजना के कारण मुक्त कणों सहित विभिन्न कण उत्पन्न होते हैं। मुक्त कण तटस्थ परमाणु या असंतृप्त इलेक्ट्रॉनों वाले अणु होते हैं, इसलिए वे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रक्रिया में, कुछ तटस्थ गैसों, जैसे टेट्राफ्लोरोमेथेन (CF4) का अक्सर उपयोग किया जाता है, जिन्हें आयनीकरण या अपघटन द्वारा सक्रिय प्रजातियों को उत्पन्न करने के लिए गैस निर्वहन क्षेत्र में पेश किया जाता है।

उदाहरण के लिए, सीएफ4 गैस में, इसे गैस डिस्चार्ज क्षेत्र में पेश किया जाता है और फ्लोरीन रेडिकल्स (एफ) और कार्बन डिफ्लोराइड अणुओं (सीएफ2) में विघटित किया जाता है। इसी प्रकार, फ्लोरीन (F) को ऑक्सीजन (O2) जोड़कर CF4 से विघटित किया जा सकता है।

2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2

फ्लोरीन अणु गैस डिस्चार्ज क्षेत्र की ऊर्जा के तहत दो स्वतंत्र फ्लोरीन परमाणुओं में विभाजित हो सकता है, जिनमें से प्रत्येक एक फ्लोरीन मुक्त कट्टरपंथी है। चूँकि प्रत्येक फ्लोरीन परमाणु में सात वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं और एक अक्रिय गैस के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास को प्राप्त करने की प्रवृत्ति रखते हैं, वे सभी बहुत प्रतिक्रियाशील होते हैं। तटस्थ फ्लोरीन मुक्त कणों के अलावा, गैस डिस्चार्ज क्षेत्र में CF+4, CF+3, CF+2 आदि जैसे आवेशित कण भी होंगे। इसके बाद, इन सभी कणों और मुक्त कणों को सिरेमिक ट्यूब के माध्यम से नक़्क़ाशी कक्ष में पेश किया जाता है।

आवेशित कणों को निष्कर्षण झंझरी द्वारा अवरुद्ध किया जा सकता है या नक़्क़ाशी कक्ष में उनके व्यवहार को नियंत्रित करने के लिए तटस्थ अणुओं को बनाने की प्रक्रिया में पुन: संयोजित किया जा सकता है। फ्लोरीन मुक्त कण भी आंशिक पुनर्संयोजन से गुजरेंगे, लेकिन वे अभी भी नक़्क़ाशी कक्ष में प्रवेश करने, वेफर सतह पर रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने और सामग्री को अलग करने के लिए पर्याप्त सक्रिय हैं। अन्य तटस्थ कण नक़्क़ाशी प्रक्रिया में भाग नहीं लेते हैं और प्रतिक्रिया उत्पादों के साथ भस्म हो जाते हैं।

पतली फिल्मों के उदाहरण जिन्हें प्लाज्मा नक़्क़ाशी में उकेरा जा सकता है:

• सिलिकॉन: Si + 4F—> SiF4

• सिलिकॉन डाइऑक्साइड: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2

• सिलिकॉन नाइट्राइड: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2

3.प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई)

प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी एक रासायनिक-भौतिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया है जो चयनात्मकता, नक़्क़ाशी प्रोफ़ाइल, नक़्क़ाशी दर, एकरूपता और दोहराव को बहुत सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती है। यह आइसोट्रोपिक और अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी प्रोफाइल प्राप्त कर सकता है और इसलिए सेमीकंडक्टर निर्माण में विभिन्न पतली फिल्मों के निर्माण के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक है।

RIE के दौरान, वेफर को उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रोड (HF इलेक्ट्रोड) पर रखा जाता है। प्रभाव आयनीकरण के माध्यम से, एक प्लाज्मा उत्पन्न होता है जिसमें मुक्त इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन मौजूद होते हैं। यदि एचएफ इलेक्ट्रोड पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड सतह पर जमा हो जाते हैं और अपनी इलेक्ट्रॉन बंधुता के कारण इलेक्ट्रोड को फिर से नहीं छोड़ सकते हैं। इसलिए, इलेक्ट्रोड को -1000V (बायस वोल्टेज) पर चार्ज किया जाता है ताकि धीमे आयन नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड पर तेजी से बदलते विद्युत क्षेत्र का अनुसरण न कर सकें।

आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) के दौरान, यदि आयनों का औसत मुक्त पथ अधिक है, तो वे वेफ़र सतह से लगभग लंबवत दिशा में टकराते हैं। इस तरह, त्वरित आयन सामग्री को नष्ट कर देते हैं और भौतिक नक़्क़ाशी के माध्यम से एक रासायनिक प्रतिक्रिया बनाते हैं। चूँकि पार्श्व पार्श्व दीवारें प्रभावित नहीं होती हैं, ईच प्रोफ़ाइल अनिसोट्रोपिक रहती है और सतह का घिसाव छोटा होता है। हालाँकि, चयनात्मकता बहुत अधिक नहीं है क्योंकि भौतिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया भी होती है। इसके अलावा, आयनों का त्वरण वेफर सतह को नुकसान पहुंचाता है, जिसकी मरम्मत के लिए थर्मल एनीलिंग की आवश्यकता होती है।

नक़्क़ाशी प्रक्रिया का रासायनिक हिस्सा मुक्त कणों द्वारा सतह के साथ प्रतिक्रिया करके पूरा किया जाता है और आयन भौतिक रूप से सामग्री से टकराते हैं ताकि यह वेफर या कक्ष की दीवारों पर फिर से जमा न हो, आयन बीम नक़्क़ाशी जैसी पुनर्निक्षेपण घटना से बचा जा सके। नक़्क़ाशी कक्ष में गैस का दबाव बढ़ने पर, आयनों का औसत मुक्त पथ कम हो जाता है, जिससे आयनों और गैस अणुओं के बीच टकराव की संख्या बढ़ जाती है, और आयन अधिक भिन्न दिशाओं में बिखर जाते हैं। इसके परिणामस्वरूप कम दिशात्मक नक़्क़ाशी होती है, जिससे नक़्क़ाशी प्रक्रिया अधिक रासायनिक हो जाती है।

सिलिकॉन नक़्क़ाशी के दौरान साइडवॉल को निष्क्रिय करके अनिसोट्रोपिक ईच प्रोफ़ाइल प्राप्त की जाती है। ऑक्सीजन को नक़्क़ाशी कक्ष में पेश किया जाता है, जहां यह नक़्क़ाशीदार सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करके सिलिकॉन डाइऑक्साइड बनाता है, जो ऊर्ध्वाधर साइडवॉल पर जमा होता है। आयन बमबारी के कारण, क्षैतिज क्षेत्रों पर ऑक्साइड परत हटा दी जाती है, जिससे पार्श्व नक़्क़ाशी प्रक्रिया जारी रहती है। यह विधि ईच प्रोफाइल के आकार और साइडवॉल की ढलान को नियंत्रित कर सकती है।

ईच दर दबाव, एचएफ जनरेटर शक्ति, प्रक्रिया गैस, वास्तविक गैस प्रवाह दर और वेफर तापमान जैसे कारकों से प्रभावित होती है, और इसकी भिन्नता सीमा 15% से नीचे रखी जाती है। बढ़ती एचएफ शक्ति, घटते दबाव और घटते तापमान के साथ अनिसोट्रॉपी बढ़ती है। नक़्क़ाशी प्रक्रिया की एकरूपता गैस, इलेक्ट्रोड रिक्ति और इलेक्ट्रोड सामग्री द्वारा निर्धारित की जाती है। यदि इलेक्ट्रोड की दूरी बहुत छोटी है, तो प्लाज्मा को समान रूप से फैलाया नहीं जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप गैर-एकरूपता होती है। इलेक्ट्रोड की दूरी बढ़ाने से नक़्क़ाशी दर कम हो जाती है क्योंकि प्लाज्मा बड़ी मात्रा में वितरित होता है। कार्बन पसंदीदा इलेक्ट्रोड सामग्री है क्योंकि यह एक समान तनावग्रस्त प्लाज्मा का उत्पादन करता है ताकि वेफर का किनारा उसी तरह प्रभावित हो जैसे वेफर का केंद्र प्रभावित होता है।

प्रक्रिया गैस चयनात्मकता और नक़्क़ाशी दर में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। सिलिकॉन और सिलिकॉन यौगिकों के लिए, फ्लोरीन और क्लोरीन का उपयोग मुख्य रूप से नक़्क़ाशी प्राप्त करने के लिए किया जाता है। उपयुक्त गैस का चयन करना, गैस प्रवाह और दबाव को समायोजित करना, और प्रक्रिया में तापमान और शक्ति जैसे अन्य मापदंडों को नियंत्रित करना वांछित ईच दर, चयनात्मकता और एकरूपता प्राप्त कर सकता है। इन मापदंडों का अनुकूलन आमतौर पर विभिन्न अनुप्रयोगों और सामग्रियों के लिए समायोजित किया जाता है।

नक़्क़ाशी प्रक्रिया एक गैस, गैस मिश्रण या निश्चित प्रक्रिया मापदंडों तक सीमित नहीं है। उदाहरण के लिए, पॉलीसिलिकॉन पर मूल ऑक्साइड को पहले उच्च ईच दर और कम चयनात्मकता के साथ हटाया जा सकता है, जबकि पॉलीसिलिकॉन को अंतर्निहित परतों के सापेक्ष उच्च चयनात्मकता के साथ बाद में हटाया जा सकता है।

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