सेमीकंडक्टर निर्माण में प्लाज्मा नक़्क़ाशी सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया हो सकती है, और यह सभी वेफर निर्माण प्रक्रियाओं में लिथोग्राफी के बाद सबसे जटिल संचालन में से एक भी हो सकती है। वेफर निर्माण के लगभग आधे चरण अपने कार्यों को करने के लिए प्लाज्मा, एक उच्च-ऊर्जा आयनित गैस पर निर्भर होते हैं।

ट्रांजिस्टर और भंडारण इकाइयों के लगातार सिकुड़ने के बावजूद, इंजीनियर अभी भी विश्वसनीय नक़्क़ाशी प्रक्रिया प्रदान करने पर काम कर रहे हैं।

लैम रिसर्च के एच उत्पाद समूह के विपणन के उपाध्यक्ष थॉमस बॉन्डुर ने कहा, 'नैनोमीटर-स्तर की सटीकता और सही संरचनाओं के साथ चिप्स का स्थायी रूप से निर्माण करने के लिए, सेमीकंडक्टर फैब के लिए उपकरण निर्माताओं को प्लाज्मा भौतिकी, सामग्री इंजीनियरिंग की सीमाओं को तोड़ने की जरूरत है। और डेटा विज्ञान आवश्यक उपकरण समाधान प्रदान करने के लिए।' यह विशेष रूप से प्लाज्मा नक़्क़ाशी में स्पष्ट है, जो वेफर्स पर सटीक और दोहराने योग्य विशेषताएं बनाने के लिए लिथोग्राफी के साथ हाथ से काम करता है।

यह रिपोर्ट 3डी नंद, डीआरएएम, नैनोशीट एफईटी और इंटरकनेक्ट में प्रमुख नक़्क़ाशी चरणों की जांच करती है, और 2डी डिवाइस और बैकएंड प्रोसेसिंग पर भी नज़र रखती है। उद्योग अपने वेफर फैब से समतुल्य कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को कम करने के लिए अधिक टिकाऊ नक़्क़ाशी रसायन विज्ञान का भी अनुसरण कर रहा है।

कई उपकरण निर्माताओं के लिए, प्रक्रिया मॉडलिंग ईच प्रक्रिया विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। लक्ष्य वेफर और मास्क की लागत को कम करते हुए बाजार में आने का समय कम करना है।

लैम रिसर्च में मार्केटिंग के वरिष्ठ निदेशक बैरेट फिंच ने कहा, 'कुछ सबसे चुनौतीपूर्ण कदमों के लिए ईच प्रक्रिया को अनुकूलित करने में एक साल या उससे अधिक समय लग सकता है। हमने हाल ही में तीन सप्ताह के भीतर कुछ प्रक्रिया सिमुलेशन पूरा कर लिया है, जिसमें विशिष्ट सिलिकॉन-आधारित परीक्षण और विकास का उपयोग करके तीन महीने लगने की उम्मीद थी।'

अकेले मास्क और वेफर की लागत के संदर्भ में, उपकरण निर्माताओं के लिए यह राशि सैकड़ों हजारों या यहां तक कि लाखों डॉलर तक हो सकती है।

नक़्क़ाशी की मूल बातें

सेमीकंडक्टर निर्माण में नक़्क़ाशी प्रक्रिया और लिथोग्राफी तकनीक एक साथ काम करती हैं। नक़्क़ाशी आम तौर पर पतली फिल्मों के जमाव से पहले की जाती है (एपिटैक्सी, रासायनिक या भौतिक वाष्प जमाव, आदि के माध्यम से)। आम तौर पर, एक सीवीडी फिल्म को एक फोटोरेसिस्ट के साथ लेपित किया जाता है, और फिर फोटोमास्क के माध्यम से पैटर्न को उजागर करने के लिए ऑप्टिकल लिथोग्राफी (248 एनएम या 193 एनएम यूवी, 13.5 एनएम ईयूवी) का उपयोग किया जाता है। फिर पैटर्न को प्रकट करने के लिए प्रतिरोध विकसित किया जाता है। एकल-वेफर प्लाज़्मा नक़्क़ाशी कक्ष में, नक़्क़ाशी रसायनों और आयन बमबारी का उपयोग आम तौर पर एक गाइड के रूप में फोटोरेसिस्ट मास्क के साथ सीवीडी फिल्म को हटाने के लिए किया जाता है (सकारात्मक-टोन प्रतिरोधों में)। नक़्क़ाशी के बाद, प्रतिरोध को राख कर दिया जाता है, इसके बाद अवशेषों को हटाने के लिए गीली रासायनिक सफाई और/या गीली नक़्क़ाशी की जाती है।

प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं को मोटे तौर पर ढांकता हुआ, सिलिकॉन, या कंडक्टर नक़्क़ाशी में वर्गीकृत किया जा सकता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड और सिलिकॉन नाइट्राइड जैसे डाइलेक्ट्रिक्स को फ्लोरीन-आधारित गैसों का उपयोग करके सबसे अच्छी तरह से उकेरा जाता है, जबकि सिलिकॉन और धातु की परतें क्लोरीन के साथ सबसे अच्छी प्रतिक्रिया करती हैं। मूल रूप से तीन शुष्क नक़्क़ाशी मोड हैं - प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी, प्लाज्मा नक़्क़ाशी, और स्पटर नक़्क़ाशी (आयन बीम)। नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं में प्रतिक्रियाशील प्रजातियों, प्लाज्मा और चिप सामग्री के बीच जटिल बातचीत शामिल होती है। जब प्रतिक्रियाशील गैस पर आरएफ पूर्वाग्रह लागू किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन बमबारी के माध्यम से भौतिक रूप से सामग्री को हटा देते हैं (नक़्क़ाशी), जबकि रासायनिक प्रजातियां और रेडिकल उजागर सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करके अस्थिर उप-उत्पाद बनाते हैं। नक़्क़ाशी आइसोट्रोपिक (समान ऊर्ध्वाधर और पार्श्व प्रतिक्रिया दर), अनिसोट्रोपिक (केवल ऊर्ध्वाधर), या बीच में कुछ हो सकती है।

चित्र 1: फिनफेट से जीएए में संक्रमण आइसोट्रोपिक चयनात्मक नक़्क़ाशी की महत्वपूर्ण आवश्यकता को बढ़ाता है। स्रोत: लैम रिसर्च।

प्रमुख मेट्रिक्स जिनके बारे में नक़्क़ाशी इंजीनियर सबसे अधिक चिंतित हैं, वे हैं नक़्क़ाशी दर, प्रोफ़ाइल नियंत्रण, एकरूपता (संपूर्ण वेफर में), और नक़्क़ाशी चयनात्मकता, क्योंकि ये कारक उपज और उत्पादकता को प्रभावित करते हैं। ईच चयनात्मकता का तात्पर्य उसकी अंतर्निहित परत की तुलना में खोदी जा रही सामग्री की निष्कासन दर से है, जैसे कि सिलिकॉन पर SiO2। नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान अत्यधिक फोटोरेसिस्ट को न हटाना भी फायदेमंद है। हालाँकि, ऐसे मामलों में, पैटर्न को अंतर्निहित फिल्म पर स्थानांतरित करने से पहले इसे आमतौर पर एक हार्ड मास्क (सिलिकॉन डाइऑक्साइड, सिलिकॉन नाइट्राइड, SiOC, TiN) में स्थानांतरित किया जाता है।
चयनात्मक विनिर्देश 2:1 से लेकर 1000:1 (अत्यधिक चयनात्मक नक़्क़ाशी) तक होते हैं। प्रत्येक नए नोड के साथ, ये विनिर्देश और भी कड़े होते जाते हैं। imec के ड्राई एच आर एंड डी इंजीनियर, फिलिप बेज़ार्ड ने कहा, "अगले चार वर्षों में पारंपरिक EUV की जगह उच्च-NA EUV के आने से, फ़ोकस बहुत कम हो जाएगा, इसलिए आप अब मोटे फ़ोटोरेज़िस्ट को एक्सपोज़ नहीं कर पाएँगे -- जब मैं मोटा कहता हूँ, तो मेरा मतलब 30 नैनोमीटर है।" "लेकिन आपको अभी भी नीचे उसी फ़िल्म मोटाई पर पैटर्न बनाना होगा। इसलिए अब आपको ज़्यादा चयनात्मकता की आवश्यकता है क्योंकि हमें 10:1 के बजाय 2:1 प्राप्त करना होगा, जो चयनात्मकता में 4 से 5 गुना की अचानक वृद्धि है।"

जारी रहती है...