චිප් නිෂ්පාදනය: කැටයම් උපකරණ සහ ක්රියාවලිය

අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේදී,කැටයම් කිරීමතාක්‍ෂණය යනු සංකීර්ණ පරිපථ රටා සෑදීම සඳහා උපස්ථරයේ ඇති අනවශ්‍ය ද්‍රව්‍ය නිශ්චිතව ඉවත් කිරීමට භාවිතා කරන තීරණාත්මක ක්‍රියාවලියකි. මෙම ලිපියෙන් ප්‍රධාන ධාරාවේ කැටයම් තාක්ෂණයන් දෙකක් විස්තරාත්මකව හඳුන්වා දෙනු ඇත - ධාරිත්‍රකව සම්බන්ධිත ප්ලාස්මා එතීම (CCP) සහ ප්‍රේරක ලෙස සම්බන්ධ වූ ප්ලාස්මා එතීම (ICP), සහ විවිධ ද්රව්ය කැටයම් කිරීමේදී ඒවායේ යෙදුම් ගවේෂණය කරන්න.

ධාරිත්‍රකව සම්බන්ධිත ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම (CCP)

ගැලපීමක් සහ DC අවහිර ධාරිත්‍රකයක් හරහා සමාන්තර තහඩු ඉලෙක්ට්‍රෝඩ දෙකකට RF වෝල්ටීයතාවයක් යෙදීමෙන් ධාරිත්‍රකව සම්බන්ධිත ප්ලාස්මා එචිං (CCP) සාක්ෂාත් කරගනු ලැබේ. ඉලෙක්ට්රෝඩ දෙක සහ ප්ලාස්මා එකට සමාන ධාරිත්රකයක් සාදයි. මෙම ක්රියාවලියේදී, RF වෝල්ටීයතාවය ඉලෙක්ට්රෝඩය අසල ධාරිත්රක කොපුවක් සාදන අතර, වෝල්ටීයතාවයේ වේගවත් දෝලනය සමඟ කොපුවේ මායිම වෙනස් වේ. ඉලෙක්ට්‍රෝන මෙම ශීඝ්‍රයෙන් වෙනස් වන කොපුවට ළඟා වූ විට ඒවා පරාවර්තනය වී ශක්තිය ලබා ගන්නා අතර එමඟින් ප්ලාස්මා සෑදීමට වායු අණු විඝටනය හෝ අයනීකරණය ප්‍රේරණය කරයි. සීසීපී කැටයම් කිරීම සාමාන්‍යයෙන් පාර විද්‍යුත් වැනි වැඩි රසායනික බන්ධන ශක්තියක් ඇති ද්‍රව්‍ය සඳහා යොදනු ලැබේ, නමුත් එහි අඩු කැටයම් අනුපාතය නිසා, එය සියුම් පාලනයක් අවශ්‍ය යෙදුම් සඳහා සුදුසු වේ.

Inductively coupled plasma Etching (ICP)

ප්‍රේරක වශයෙන් සම්බන්ධිත ප්ලාස්මාකැටයම් කිරීම(ICP) ප්‍රේරිත චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් ජනනය කිරීම සඳහා දඟරයක් හරහා ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරාවක් ගමන් කරයි යන මූලධර්මය මත පදනම් වේ. මෙම චුම්බක ක්ෂේත්‍රයේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ, ප්‍රතික්‍රියා කුටියේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රේරිත විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ වේගවත් වන අතර, අවසානයේ ප්‍රතික්‍රියා වායු අණු සමඟ ගැටී, අණු විඝටනය වීමට හෝ අයනීකරණයට සහ ප්ලාස්මා සෑදීමට හේතු වේ. මෙම ක්‍රමය මඟින් ඉහළ අයනීකරණ අනුපාතයක් නිපදවිය හැකි අතර ප්ලාස්මා ඝනත්වය සහ බෝම්බ හෙලීමේ ශක්තිය ස්වාධීනව සකස් කිරීමට ඉඩ සලසයි.ICP කැටයම් කිරීමසිලිකන් සහ ලෝහ වැනි අඩු රසායනික බන්ධන ශක්තියක් සහිත ද්රව්ය කැටයම් කිරීම සඳහා ඉතා යෝග්ය වේ. මීට අමතරව, ICP තාක්ෂණය ද වඩා හොඳ ඒකාකාරී බවක් සහ එචිං අනුපාතයක් සපයයි.

1. ලෝහ කැටයම් කිරීම

අන්තර් සම්බන්ධතා සහ බහු ස්ථර ලෝහ රැහැන් සැකසීම සඳහා ලෝහ කැටයම් ප්රධාන වශයෙන් භාවිතා වේ. එහි අවශ්‍යතා අතරට ඇතුළත් වන්නේ: ඉහළ කැටයම් අනුපාතය, ඉහළ තේරීම් (මාස්ක් ස්ථරය සඳහා 4:1 ට වැඩි සහ අන්තර් ස්ථර පාර විද්‍යුත් සඳහා 20:1 ට වඩා වැඩි), ඉහළ එචිං ඒකාකාරිත්වය, හොඳ විවේචනාත්මක මානය පාලනය, ප්ලාස්මා හානියක් නැත, අඩු අවශේෂ දූෂක, සහ ලෝහයට විඛාදනයක් නැත. ලෝහ කැටයම් කිරීම සාමාන්‍යයෙන් ප්‍රේරක ලෙස සම්බන්ධිත ප්ලාස්මා කැටයම් උපකරණ භාවිතා කරයි.

•ඇලුමිනියම් කැටයම් කිරීම: ඇලුමිනියම් යනු අඩු ප්‍රතිරෝධය, පහසු තැන්පත් වීම සහ කැටයම් කිරීමේ වාසි සහිත චිප් නිෂ්පාදනයේ මැද සහ පසුපස අවධීන්හි ඇති වැදගත්ම වයර් ද්‍රව්‍යය වේ. ඇලුමිනියම් කැටයම් කිරීම සාමාන්‍යයෙන් ක්ලෝරයිඩ් වායුව මගින් ජනනය කරන ප්ලාස්මා (Cl2 වැනි) භාවිතා කරයි. වාෂ්පශීලී ඇලුමිනියම් ක්ලෝරයිඩ් (AlCl3) නිපදවීමට ඇලුමිනියම් ක්ලෝරීන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරයි. මීට අමතරව, සාමාන්‍ය කැටයම් කිරීම සහතික කිරීම සඳහා ඇලුමිනියම් මතුපිට ඔක්සයිඩ් තට්ටුව ඉවත් කිරීම සඳහා SiCl4, BCl3, BBr3, CCL4, CHF3 වැනි අනෙකුත් හේලයිඩ එකතු කළ හැකිය.

• ටංස්ටන් කැටයම් කිරීම: බහු-ස්ථර ලෝහ කම්බි අන්තර් සම්බන්ධතා ව්‍යුහයන්හිදී, චිපයේ මැද කොටසේ අන්තර් සම්බන්ධතාව සඳහා භාවිතා කරන ප්‍රධාන ලෝහය ටංස්ටන් වේ. ටංස්ටන් ලෝහ කැටයම් කිරීම සඳහා ෆ්ලෝරීන් මත පදනම් වූ හෝ ක්ලෝරීන් මත පදනම් වූ වායූන් භාවිතා කළ හැක, නමුත් ෆ්ලෝරීන් මත පදනම් වූ වායූන් සිලිකන් ඔක්සයිඩ් සඳහා දුර්වල තේරීමක් ඇති අතර ක්ලෝරීන් මත පදනම් වූ වායූන් (CCL4 වැනි) වඩා හොඳ තේරීමක් ඇත. සාමාන්‍යයෙන් නයිට්‍රජන් ප්‍රතික්‍රියා වායුවට එකතු කරනුයේ ඉහළ කැටයම් මැලියම් තෝරා ගැනීමක් ලබා ගැනීම සඳහා වන අතර කාබන් තැන්පත් වීම අඩු කිරීමට ඔක්සිජන් එකතු කරනු ලැබේ. ක්ලෝරීන් මත පදනම් වූ වායුව සමඟ ටංස්ටන් කැටයම් කිරීම ඇනිසොට්‍රොපික් කැටයම් කිරීම සහ ඉහළ තේරීමක් ලබා ගත හැකිය. ටංස්ටන් වියළි කැටයම් කිරීමේදී භාවිතා කරන වායූන් ප්‍රධාන වශයෙන් SF6, Ar සහ O2 වන අතර, ඒවා අතර SF6 ප්ලාස්මා තුළ වියෝජනය කර ෆ්ලෝරීන් පරමාණු සහ ටංස්ටන් ෆ්ලෝරයිඩ් නිපදවීමට රසායනික ප්‍රතික්‍රියාවක් ලබා දිය හැකිය.

• ටයිටේනියම් නයිට්‍රයිඩ් කැටයම් කිරීම: ටයිටේනියම් නයිට්‍රයිඩ්, දෘඩ මාස්ක් ද්‍රව්‍යයක් ලෙස, ද්විත්ව දමස්සීන් ක්‍රියාවලියේදී සාම්ප්‍රදායික සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් හෝ ඔක්සයිඩ් වෙස්මුහුණ ප්‍රතිස්ථාපනය කරයි. ටයිටේනියම් නයිට්‍රයිඩ් කැටයම් ප්‍රධාන වශයෙන් දෘඩ ආවරණ විවෘත කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී භාවිතා වන අතර ප්‍රධාන ප්‍රතික්‍රියා නිෂ්පාදනය TiCl4 වේ. සාම්ප්‍රදායික වෙස්මුහුණ සහ අඩු-කේ පාර විද්‍යුත් ස්ථරය අතර තෝරා ගැනීමේ හැකියාව ඉහළ නොවේ, එමඟින් අඩු-කේ පාර විද්‍යුත් ස්ථරයේ මුදුනේ චාප හැඩැති පැතිකඩ පෙනුමට සහ කැටයම් කිරීමෙන් පසු වල පළල ප්‍රසාරණය වීමට හේතු වේ. තැන්පත් කරන ලද ලෝහ රේඛා අතර පරතරය ඉතා කුඩා වන අතර, පාලම කාන්දු වීම හෝ සෘජු බිඳවැටීමකට ලක් වේ.

2. පරිවාරක කැටයම් කිරීම

පරිවාරක කැටයම් කිරීමේ වස්තුව සාමාන්‍යයෙන් සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් හෝ සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් වැනි පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍ය වන අතර ඒවා විවිධ පරිපථ ස්ථර සම්බන්ධ කිරීම සඳහා ස්පර්ශක සිදුරු සහ නාලිකා සිදුරු සෑදීමට බහුලව භාවිතා වේ. පාර විද්‍යුත් කැටයම් කිරීම සාමාන්‍යයෙන් ධාරිත්‍රකව සම්බන්ධිත ප්ලාස්මා එතීමේ මූලධර්මය මත පදනම් වූ එචර් එකක් භාවිතා කරයි.

• සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් පටලයේ ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම: සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් පටලය සාමාන්‍යයෙන් CF4, CHF3, C2F6, SF6 සහ C3F8 වැනි ෆ්ලෝරීන් අඩංගු එචිං වායූන් භාවිතයෙන් කැටයම් කර ඇත. කැටයම් වායුවේ අඩංගු කාබන් ඔක්සයිඩ් ස්ථරයේ ඔක්සිජන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර CO සහ CO2 අතුරු නිෂ්පාදන නිපදවීමට හැකි වන අතර එමඟින් ඔක්සයිඩ් ස්ථරයේ ඇති ඔක්සිජන් ඉවත් කරයි. CF4 යනු බහුලව භාවිතා වන කැටයම් වායුවයි. CF4 අධි ශක්ති ඉලෙක්ට්‍රෝන සමග ගැටෙන විට විවිධ අයන, රැඩිකලුන්, පරමාණු සහ නිදහස් රැඩිකලුන් නිෂ්පාදනය වේ. ෆ්ලෝරීන් නිදහස් රැඩිකලුන්ට SiO2 සහ Si සමඟ රසායනිකව ප්‍රතික්‍රියා කර වාෂ්පශීලී සිලිකන් ටෙට්‍රාෆ්ලෝරයිඩ් (SiF4) නිපදවිය හැක.

• සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් පටලයේ ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම: CF4 හෝ CF4 මිශ්‍ර වායුව (O2, SF6 සහ NF3 සමඟ) ප්ලාස්මා කැටයම් භාවිතයෙන් සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් පටලය කැටයම් කළ හැක. Si3N4 පටලය සඳහා, CF4-O2 ප්ලාස්මා හෝ F පරමාණු අඩංගු වෙනත් වායු ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම සඳහා භාවිතා කරන විට, සිලිකන් නයිට්‍රයිඩයේ කැටයම් අනුපාතය 1200Å/min දක්වා ළඟා විය හැකි අතර, කැටයම් තේරීම 20:1 තරම් ඉහළ විය හැක. ප්‍රධාන නිෂ්පාදනය වන්නේ වාෂ්පශීලී සිලිකන් ටෙට්‍රාෆ්ලෝරයිඩ් (SiF4) නිස්සාරණය කිරීමට පහසුය.

4. තනි ස්ඵටික සිලිකන් කැටයම් කිරීම

තනි ස්ඵටික සිලිකන් කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන වශයෙන් නොගැඹුරු අගල් හුදකලා කිරීම (STI) සෑදීම සඳහා යොදා ගනී. මෙම ක්‍රියාවලියට සාමාන්‍යයෙන් පෙරළිකාර ක්‍රියාවලියක් සහ ප්‍රධාන කැටයම් ක්‍රියාවලියක් ඇතුළත් වේ. ප්‍රබල අයන බෝම්බ හෙලීම සහ ෆ්ලෝරීන් මූලද්‍රව්‍යවල රසායනික ක්‍රියාකාරිත්වය හරහා තනි ස්ඵටික සිලිකන් මතුපිට ඇති ඔක්සයිඩ් ස්ථරය ඉවත් කිරීමට ඉදිරි ක්‍රියාවලිය SiF4 සහ NF වායුව භාවිතා කරයි; ප්‍රධාන කැටයම් කිරීම ප්‍රධාන අක්ෂරය ලෙස හයිඩ්‍රජන් බ්‍රෝමයිඩ් (HBr) භාවිතා කරයි. ප්ලාස්මා පරිසරයේ HBr විසින් වියෝජනය කරන ලද බ්‍රෝමීන් රැඩිකලුන් සිලිකන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර වාෂ්පශීලී සිලිකන් ටෙට්‍රාබ්‍රොමයිඩ් (SiBr4) සාදයි, එමඟින් සිලිකන් ඉවත් කරයි. තනි ස්ඵටික සිලිකන් කැටයම් කිරීම සාමාන්යයෙන් inductively coupled plasma Etching Machine භාවිතා කරයි.

5. Polysilicon Etching

පොලිසිලිකන් කැටයම් කිරීම ට්‍රාන්සිස්ටරවල ද්වාර ප්‍රමාණය තීරණය කරන ප්‍රධාන ක්‍රියාවලියක් වන අතර ද්වාර ප්‍රමාණය ඒකාබද්ධ පරිපථවල ක්‍රියාකාරිත්වයට සෘජුවම බලපායි. Polysilicon Etching සඳහා හොඳ තෝරා ගැනීමේ අනුපාතයක් අවශ්‍ය වේ. ක්ලෝරීන් (Cl2) වැනි හැලජන් වායූන් සාමාන්‍යයෙන් ඇනිසොට්‍රොපික් කැටයම් ලබා ගැනීමට භාවිතා කරන අතර හොඳ තෝරා ගැනීමේ අනුපාතයක් ඇත (10:1 දක්වා). හයිඩ්‍රජන් බ්‍රෝමයිඩ් (HBr) වැනි බ්‍රෝමීන් මත පදනම් වූ වායූන්ට ඉහළ තෝරා ගැනීමේ අනුපාතයක් (100:1 දක්වා) ලබා ගත හැක. ක්ලෝරීන් සහ ඔක්සිජන් සමඟ HBr මිශ්රණයක් කැටයම් අනුපාතය වැඩි කළ හැක. ආරක්ෂිත භූමිකාවක් ඉටු කිරීම සඳහා හැලජන් වායුවේ සහ සිලිකන් වල ප්‍රතික්‍රියා නිෂ්පාදන පැති බැමි මත තැන්පත් වේ. Polysilicon Etching සාමාන්‍යයෙන් inductively coupled plasma Etching යන්ත්‍රයක් භාවිතා කරයි.

එය ධාරිත්‍රකව සම්බන්ධිත ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම හෝ ප්‍රේරක ලෙස සම්බන්ධිත ප්ලාස්මා කැටයම් කිරීම වේවා, ඒ සෑම එකක්ම තමන්ගේම සුවිශේෂී වාසි සහ තාක්ෂණික ලක්ෂණ ඇත. සුදුසු කැටයම් තාක්ෂණයක් තෝරා ගැනීමෙන් නිෂ්පාදන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම පමණක් නොව, අවසාන නිෂ්පාදනයේ අස්වැන්න සහතික කළ හැකිය.