ചിപ്പ് നിർമ്മാണം: എച്ചിംഗ് ഉപകരണങ്ങളും പ്രക്രിയയും

അർദ്ധചാലക നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ,കൊത്തുപണിസങ്കീർണ്ണമായ സർക്യൂട്ട് പാറ്റേണുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് അടിവസ്ത്രത്തിലെ അനാവശ്യ വസ്തുക്കൾ കൃത്യമായി നീക്കം ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു നിർണായക പ്രക്രിയയാണ് സാങ്കേതികവിദ്യ. ഈ ലേഖനം രണ്ട് മുഖ്യധാരാ എച്ചിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യകളെ വിശദമായി പരിചയപ്പെടുത്തും - കപ്പാസിറ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് (സിസിപി), ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് (ഐ.സി.പി), കൂടാതെ വ്യത്യസ്‌ത മെറ്റീരിയലുകൾ കൊത്തിവെക്കുന്നതിൽ അവയുടെ പ്രയോഗങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുക.

കപ്പാസിറ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് (CCP)

കപ്പാസിറ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് (CCP) രണ്ട് സമാന്തര പ്ലേറ്റ് ഇലക്‌ട്രോഡുകളിലേക്ക് ഒരു മാച്ചറിലൂടെയും DC ബ്ലോക്കിംഗ് കപ്പാസിറ്ററിലൂടെയും RF വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിച്ചാണ് കൈവരിക്കുന്നത്. രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകളും പ്ലാസ്മയും ചേർന്ന് തുല്യമായ ഒരു കപ്പാസിറ്റർ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, RF വോൾട്ടേജ് ഇലക്ട്രോഡിന് സമീപം ഒരു കപ്പാസിറ്റീവ് കവചം ഉണ്ടാക്കുന്നു, കൂടാതെ വോൾട്ടേജിൻ്റെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള ആന്ദോളനത്തിനൊപ്പം ഷീറ്റിൻ്റെ അതിർത്തി മാറുന്നു. അതിവേഗം മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഈ കവചത്തിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ എത്തുമ്പോൾ, അവ പ്രതിഫലിക്കുകയും ഊർജ്ജം നേടുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുന്നതിന് വാതക തന്മാത്രകളുടെ വിഘടനമോ അയോണൈസേഷനോ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു. ഡിഇലക്‌ട്രിക്‌സ് പോലുള്ള ഉയർന്ന കെമിക്കൽ ബോണ്ട് എനർജി ഉള്ള വസ്തുക്കളിൽ CCP എച്ചിംഗ് സാധാരണയായി പ്രയോഗിക്കുന്നു, എന്നാൽ അതിൻ്റെ കുറഞ്ഞ എച്ചിംഗ് നിരക്ക് കാരണം, മികച്ച നിയന്ത്രണം ആവശ്യമുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഇത് അനുയോജ്യമാണ്.

ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് (ഐസിപി)

ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മകൊത്തുപണി(ICP) ഒരു ആൾട്ടർനേറ്റിംഗ് കറൻ്റ് ഒരു കോയിലിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ ഒരു പ്രേരിത കാന്തികക്ഷേത്രം സൃഷ്ടിക്കുന്നു എന്ന തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ഈ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ, പ്രതിപ്രവർത്തന അറയിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും പ്രേരിത വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൽ ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, ഒടുവിൽ പ്രതിപ്രവർത്തന വാതക തന്മാത്രകളുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുന്നു, തന്മാത്രകൾ വിഘടിപ്പിക്കുകയോ അയോണൈസ് ചെയ്യുകയും പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ രീതിക്ക് ഉയർന്ന അയോണൈസേഷൻ നിരക്ക് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാനും പ്ലാസ്മ സാന്ദ്രതയും ബോംബിംഗ് ഊർജ്ജവും സ്വതന്ത്രമായി ക്രമീകരിക്കാൻ അനുവദിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.ഐസിപി എച്ചിംഗ്സിലിക്കൺ, ലോഹം തുടങ്ങിയ കുറഞ്ഞ കെമിക്കൽ ബോണ്ട് എനർജി ഉള്ള വസ്തുക്കൾ കൊത്തിവയ്ക്കാൻ വളരെ അനുയോജ്യമാണ്. കൂടാതെ, ICP സാങ്കേതികവിദ്യ മികച്ച ഏകീകൃതതയും എച്ചിംഗ് നിരക്കും നൽകുന്നു.

1. മെറ്റൽ എച്ചിംഗ്

മെറ്റൽ എച്ചിംഗ് പ്രധാനമായും ഇൻ്റർകണക്റ്റുകളുടെയും മൾട്ടി-ലെയർ മെറ്റൽ വയറിംഗിൻ്റെയും പ്രോസസ്സിംഗിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇതിൻ്റെ ആവശ്യകതകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു: ഉയർന്ന എച്ചിംഗ് നിരക്ക്, ഉയർന്ന സെലക്‌ടിവിറ്റി (മാസ്‌ക് ലെയറിന് 4:1-ൽ കൂടുതലും ഇൻ്റർലെയർ ഡൈഇലക്‌ട്രിക്കിന് 20:1-ൽ കൂടുതലും), ഉയർന്ന എച്ചിംഗ് യൂണിഫോം, നല്ല ക്രിട്ടിക്കൽ ഡയമൻഷൻ കൺട്രോൾ, പ്ലാസ്മ കേടുപാടുകൾ ഇല്ല, ശേഷിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ, കൂടാതെ ലോഹത്തിന് നാശമില്ല. മെറ്റൽ എച്ചിംഗ് സാധാരണയായി ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

•അലുമിനിയം എച്ചിംഗ്: കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധം, എളുപ്പത്തിലുള്ള നിക്ഷേപം, എച്ചിംഗ് എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുള്ള ചിപ്പ് നിർമ്മാണത്തിൻ്റെ മധ്യ-പിൻ ഘട്ടങ്ങളിലെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട വയർ മെറ്റീരിയലാണ് അലുമിനിയം. അലൂമിനിയം എച്ചിംഗ് സാധാരണയായി ക്ലോറൈഡ് വാതകം (Cl2 പോലുള്ളവ) ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്ന പ്ലാസ്മ ഉപയോഗിക്കുന്നു. അലുമിനിയം ക്ലോറിനുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് അസ്ഥിരമായ അലുമിനിയം ക്ലോറൈഡ് (AlCl3) ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. കൂടാതെ, മറ്റ് ഹാലൈഡുകളായ SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, മുതലായവ ചേർത്ത് സാധാരണ എച്ചിംഗ് ഉറപ്പാക്കാൻ അലുമിനിയം പ്രതലത്തിലെ ഓക്സൈഡ് പാളി നീക്കം ചെയ്യാവുന്നതാണ്.

• ടങ്സ്റ്റൺ കൊത്തുപണി: മൾട്ടി-ലെയർ മെറ്റൽ വയർ ഇൻ്റർകണക്ഷൻ ഘടനകളിൽ, ചിപ്പിൻ്റെ മധ്യഭാഗത്തെ പരസ്പര ബന്ധത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രധാന ലോഹമാണ് ടങ്സ്റ്റൺ. ലോഹ ടങ്സ്റ്റൺ കൊത്തുപണി ചെയ്യാൻ ഫ്ലൂറിൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതോ ക്ലോറിൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതോ ആയ വാതകങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം, എന്നാൽ ഫ്ലൂറിൻ അധിഷ്ഠിത വാതകങ്ങൾക്ക് സിലിക്കൺ ഓക്സൈഡിനായി മോശം സെലക്റ്റിവിറ്റി ഉണ്ട്, അതേസമയം ക്ലോറിൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വാതകങ്ങൾക്ക് (CCL4 പോലുള്ളവ) മികച്ച സെലക്ടിവിറ്റി ഉണ്ട്. ഉയർന്ന എച്ചിംഗ് ഗ്ലൂ സെലക്‌റ്റിവിറ്റി ലഭിക്കുന്നതിന് നൈട്രജൻ സാധാരണയായി പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകത്തിൽ ചേർക്കുന്നു, കാർബൺ നിക്ഷേപം കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഓക്സിജൻ ചേർക്കുന്നു. ക്ലോറിൻ അധിഷ്ഠിത വാതകം ഉപയോഗിച്ച് ടങ്സ്റ്റൺ എച്ചിംഗ് ചെയ്യുന്നത് അനിസോട്രോപിക് എച്ചിംഗും ഉയർന്ന സെലക്റ്റിവിറ്റിയും കൈവരിക്കും. ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ ഡ്രൈ എച്ചിംഗിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന വാതകങ്ങൾ പ്രധാനമായും SF6, Ar, O2 എന്നിവയാണ്, അവയിൽ SF6 പ്ലാസ്മയിൽ വിഘടിപ്പിച്ച് ഫ്ലൂറിൻ ആറ്റങ്ങളും ടങ്സ്റ്റണിനെ രാസപ്രവർത്തനത്തിന് ഫ്ലൂറൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

• ടൈറ്റാനിയം നൈട്രൈഡ് എച്ചിംഗ്: ടൈറ്റാനിയം നൈട്രൈഡ്, ഒരു ഹാർഡ് മാസ്ക് മെറ്റീരിയലായി, ഡ്യുവൽ ഡമാസ്‌സീൻ പ്രക്രിയയിൽ പരമ്പരാഗത സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഓക്സൈഡ് മാസ്‌കിനെ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നു. ടൈറ്റാനിയം നൈട്രൈഡ് എച്ചിംഗ് പ്രധാനമായും ഹാർഡ് മാസ്ക് തുറക്കൽ പ്രക്രിയയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു, പ്രധാന പ്രതികരണ ഉൽപ്പന്നം TiCl4 ആണ്. പരമ്പരാഗത മാസ്‌കും ലോ-കെ ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ലെയറും തമ്മിലുള്ള സെലക്‌റ്റിവിറ്റി ഉയർന്നതല്ല, ഇത് ലോ-കെ ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ലെയറിൻ്റെ മുകളിൽ ആർക്ക് ആകൃതിയിലുള്ള പ്രൊഫൈൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നതിനും എച്ചിംഗിന് ശേഷം ഗ്രോവിൻ്റെ വീതി വർദ്ധിക്കുന്നതിനും ഇടയാക്കും. നിക്ഷേപിച്ച മെറ്റൽ ലൈനുകൾ തമ്മിലുള്ള അകലം വളരെ ചെറുതാണ്, ഇത് ബ്രിഡ്ജ് ലീക്കേജ് അല്ലെങ്കിൽ നേരിട്ടുള്ള തകർച്ചയ്ക്ക് സാധ്യതയുണ്ട്.

2. ഇൻസുലേറ്റർ എച്ചിംഗ്

ഇൻസുലേറ്റർ എച്ചിംഗിൻ്റെ ഒബ്ജക്റ്റ് സാധാരണയായി സിലിക്കൺ ഡയോക്സൈഡ് അല്ലെങ്കിൽ സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് പോലെയുള്ള വൈദ്യുത പദാർത്ഥങ്ങളാണ്, അവ കോൺടാക്റ്റ് ഹോളുകളും വിവിധ സർക്യൂട്ട് ലെയറുകളെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ചാനൽ ദ്വാരങ്ങളും ഉണ്ടാക്കാൻ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. കപ്പാസിറ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു എച്ചർ സാധാരണയായി ഡൈഇലക്‌ട്രിക് എച്ചിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

• സിലിക്കൺ ഡയോക്സൈഡ് ഫിലിമിൻ്റെ പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ്: CF4, CHF3, C2F6, SF6, C3F8 എന്നിവ പോലുള്ള ഫ്ലൂറിൻ അടങ്ങിയ എച്ചിംഗ് വാതകങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് സിലിക്കൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് ഫിലിം സാധാരണയായി എച്ചിംഗ് ചെയ്യുന്നത്. എച്ചിംഗ് വാതകത്തിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന കാർബണിന് ഓക്സൈഡ് പാളിയിലെ ഓക്സിജനുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് CO, CO2 എന്നീ ഉപോൽപ്പന്നങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, അതുവഴി ഓക്സൈഡ് പാളിയിലെ ഓക്സിജനെ നീക്കം ചെയ്യുന്നു. ഏറ്റവും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന എച്ചിംഗ് വാതകമാണ് CF4. CF4 ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഇലക്ട്രോണുകളുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുമ്പോൾ, വിവിധ അയോണുകളും റാഡിക്കലുകളും ആറ്റങ്ങളും ഫ്രീ റാഡിക്കലുകളും ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ഫ്ലൂറിൻ ഫ്രീ റാഡിക്കലുകൾക്ക് SiO2, Si എന്നിവയുമായി രാസപരമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് അസ്ഥിരമായ സിലിക്കൺ ടെട്രാഫ്ലൂറൈഡ് (SiF4) ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

• സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് ഫിലിമിൻ്റെ പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ്: CF4 അല്ലെങ്കിൽ CF4 മിശ്രിത വാതകം (O2, SF6, NF3 എന്നിവയോടൊപ്പം) പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് ഫിലിം എച്ചിംഗ് ചെയ്യാം. Si3N4 ഫിലിമിനായി, CF4-O2 പ്ലാസ്മയോ എഫ് ആറ്റങ്ങൾ അടങ്ങിയ മറ്റ് ഗ്യാസ് പ്ലാസ്മയോ എച്ചിംഗിനായി ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡിൻ്റെ എച്ചിംഗ് നിരക്ക് 1200Å/min-ൽ എത്താം, കൂടാതെ എച്ചിംഗ് സെലക്ടിവിറ്റി 20:1 വരെ ഉയർന്നേക്കാം. വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ എളുപ്പമുള്ള അസ്ഥിരമായ സിലിക്കൺ ടെട്രാഫ്ലൂറൈഡ് (SiF4) ആണ് പ്രധാന ഉൽപ്പന്നം.

4. സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കൺ എച്ചിംഗ്

ആഴം കുറഞ്ഞ ട്രെഞ്ച് ഐസൊലേഷൻ (എസ്ടിഐ) രൂപീകരിക്കാൻ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കൺ എച്ചിംഗ് പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ സാധാരണയായി ഒരു മുന്നേറ്റ പ്രക്രിയയും ഒരു പ്രധാന എച്ചിംഗ് പ്രക്രിയയും ഉൾപ്പെടുന്നു. ശക്തമായ അയോൺ ബോംബ്‌മെൻ്റിലൂടെയും ഫ്ലൂറിൻ മൂലകങ്ങളുടെ രാസപ്രവർത്തനത്തിലൂടെയും സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കണിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിലെ ഓക്സൈഡ് പാളി നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി മുന്നേറ്റ പ്രക്രിയ SiF4, NF വാതകം ഉപയോഗിക്കുന്നു; പ്രധാന കൊത്തുപണി ഹൈഡ്രജൻ ബ്രോമൈഡ് (HBr) പ്രധാന എച്ചാൻ്റായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. പ്ലാസ്മ പരിതസ്ഥിതിയിൽ HBr വിഘടിപ്പിച്ച ബ്രോമിൻ റാഡിക്കലുകൾ സിലിക്കണുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് അസ്ഥിരമായ സിലിക്കൺ ടെട്രാബ്രോമൈഡ് (SiBr4) ഉണ്ടാക്കുന്നു, അതുവഴി സിലിക്കൺ നീക്കംചെയ്യുന്നു. സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കൺ എച്ചിംഗ് സാധാരണയായി ഒരു ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് മെഷീൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

5. പോളിസിലിക്കൺ എച്ചിംഗ്

ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ ഗേറ്റ് വലുപ്പം നിർണ്ണയിക്കുന്ന പ്രധാന പ്രക്രിയകളിലൊന്നാണ് പോളിസിലിക്കൺ എച്ചിംഗ്, ഗേറ്റ് വലുപ്പം ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകളുടെ പ്രകടനത്തെ നേരിട്ട് ബാധിക്കുന്നു. പോളിസിലിക്കൺ എച്ചിംഗിന് നല്ല സെലക്ടിവിറ്റി അനുപാതം ആവശ്യമാണ്. ക്ലോറിൻ (Cl2) പോലുള്ള ഹാലൊജൻ വാതകങ്ങൾ സാധാരണയായി അനിസോട്രോപിക് എച്ചിംഗ് നേടുന്നതിന് ഉപയോഗിക്കുന്നു, കൂടാതെ നല്ല സെലക്റ്റിവിറ്റി അനുപാതമുണ്ട് (10:1 വരെ). ഹൈഡ്രജൻ ബ്രോമൈഡ് (HBr) പോലുള്ള ബ്രോമിൻ അധിഷ്ഠിത വാതകങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന സെലക്ടിവിറ്റി അനുപാതം (100:1 വരെ) ലഭിക്കും. ക്ലോറിനും ഓക്സിജനും ചേർന്ന HBr മിശ്രിതം എച്ചിംഗ് നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കും. ഹാലൊജൻ വാതകത്തിൻ്റെയും സിലിക്കണിൻ്റെയും പ്രതിപ്രവർത്തന ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ഒരു സംരക്ഷക പങ്ക് വഹിക്കുന്നതിനായി പാർശ്വഭിത്തികളിൽ നിക്ഷേപിക്കുന്നു. പോളിസിലിക്കൺ എച്ചിംഗ് സാധാരണയായി ഒരു ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗ് മെഷീൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

അത് കപ്പാസിറ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗായാലും അല്ലെങ്കിൽ ഇൻഡക്റ്റീവ് കപ്പിൾഡ് പ്ലാസ്മ എച്ചിംഗായാലും, ഓരോന്നിനും അതിൻ്റേതായ സവിശേഷമായ ഗുണങ്ങളും സാങ്കേതിക സവിശേഷതകളും ഉണ്ട്. അനുയോജ്യമായ ഒരു എച്ചിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് ഉൽപ്പാദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുക മാത്രമല്ല, അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിൻ്റെ വിളവ് ഉറപ്പാക്കുകയും ചെയ്യും.