चिप मॅन्युफॅक्चरिंग: एचिंग उपकरणे आणि प्रक्रिया

सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेत,नक्षीकामतंत्रज्ञान ही एक गंभीर प्रक्रिया आहे जी जटिल सर्किट पॅटर्न तयार करण्यासाठी सब्सट्रेटवरील अवांछित सामग्री अचूकपणे काढून टाकण्यासाठी वापरली जाते. हा लेख दोन मुख्य प्रवाहातील नक्षी तंत्रज्ञानाचा तपशीलवार परिचय करून देईल – कॅपेसिटिवली कपल्ड प्लाझ्मा एचिंग (सीसीपी) आणि इंडक्टिवली कपल्ड प्लाझ्मा एचिंग (ICP), आणि विविध सामग्रीचे नक्षीकाम करण्यासाठी त्यांचे अनुप्रयोग एक्सप्लोर करा.

कॅपेसिटिवली कपल्ड प्लाझ्मा एचिंग (सीसीपी)

मॅचर आणि डीसी ब्लॉकिंग कॅपेसिटरद्वारे दोन समांतर प्लेट इलेक्ट्रोड्सवर आरएफ व्होल्टेज लागू करून कॅपेसिटिव्हली कपल्ड प्लाझ्मा एचिंग (सीसीपी) साध्य केले जाते. दोन इलेक्ट्रोड आणि प्लाझ्मा मिळून एक समतुल्य कॅपेसिटर तयार करतात. या प्रक्रियेत, आरएफ व्होल्टेज इलेक्ट्रोडजवळ एक कॅपेसिटिव्ह आवरण बनवते आणि व्होल्टेजच्या वेगवान दोलनाने म्यानची सीमा बदलते. जेव्हा इलेक्ट्रॉन या वेगाने बदलणाऱ्या आवरणापर्यंत पोहोचतात तेव्हा ते परावर्तित होतात आणि ऊर्जा मिळवतात, ज्यामुळे प्लाझ्मा तयार करण्यासाठी गॅस रेणूंचे विघटन किंवा आयनीकरण होते. सीसीपी एचिंग सामान्यत: उच्च रासायनिक बाँड ऊर्जा असलेल्या सामग्रीवर लागू केले जाते, जसे की डायलेक्ट्रिक्स, परंतु त्याच्या कमी एचिंग दरामुळे, ते सूक्ष्म नियंत्रण आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी योग्य आहे.

प्रेरकपणे जोडलेले प्लाझ्मा एचिंग (ICP)

प्रेरकपणे जोडलेले प्लाझ्मानक्षीकाम(ICP) या तत्त्वावर आधारित आहे की एक वैकल्पिक प्रवाह प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करण्यासाठी कॉइलमधून जातो. या चुंबकीय क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत, अभिक्रिया कक्षातील इलेक्ट्रॉन प्रवेगित होतात आणि प्रेरित विद्युत क्षेत्रामध्ये गती वाढवत राहतात, शेवटी प्रतिक्रिया वायूच्या रेणूंशी टक्कर घेतात, ज्यामुळे रेणू विलग होतात किंवा आयनीकरण होतात आणि प्लाझ्मा बनतात. ही पद्धत उच्च आयनीकरण दर तयार करू शकते आणि प्लाझ्मा घनता आणि बॉम्बर्डमेंट ऊर्जा स्वतंत्रपणे समायोजित करू शकते, ज्यामुळेआयसीपी एचिंगसिलिकॉन आणि मेटल सारख्या कमी रासायनिक बाँड ऊर्जेसह कोरीव सामग्रीसाठी अतिशय योग्य. याव्यतिरिक्त, आयसीपी तंत्रज्ञान उत्तम एकसमानता आणि कोरीव दर देखील प्रदान करते.

1. धातूचे खोदकाम

मेटल एचिंगचा वापर प्रामुख्याने इंटरकनेक्ट आणि मल्टी-लेयर मेटल वायरिंगच्या प्रक्रियेसाठी केला जातो. त्याच्या आवश्यकतांमध्ये हे समाविष्ट आहे: उच्च एचिंग दर, उच्च निवडकता (मास्क लेयरसाठी 4:1 पेक्षा जास्त आणि इंटरलेयर डायलेक्ट्रिकसाठी 20:1 पेक्षा जास्त), उच्च कोरीव एकसमानता, चांगले गंभीर परिमाण नियंत्रण, प्लाझ्मा नुकसान नाही, कमी अवशिष्ट दूषित पदार्थ आणि धातूला गंज नाही. मेटल एचिंग सहसा प्रेरकपणे जोडलेले प्लाझ्मा एचिंग उपकरणे वापरते.

•ॲल्युमिनियम एचिंग: चिप उत्पादनाच्या मधल्या आणि मागच्या टप्प्यात ॲल्युमिनियम ही सर्वात महत्त्वाची वायर मटेरियल आहे, ज्यामध्ये कमी प्रतिकार, सहज जमा करणे आणि कोरीव कामाचे फायदे आहेत. ॲल्युमिनियम एचिंगमध्ये सामान्यत: क्लोराईड वायू (जसे की Cl2) द्वारे व्युत्पन्न केलेल्या प्लाझ्माचा वापर होतो. वाष्पशील ॲल्युमिनियम क्लोराईड (AlCl3) तयार करण्यासाठी ॲल्युमिनियम क्लोरीनशी प्रतिक्रिया देते. याव्यतिरिक्त, इतर हॅलाइड्स जसे की SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, इ. ॲल्युमिनियमच्या पृष्ठभागावरील ऑक्साईडचा थर काढून टाकण्यासाठी जोडले जाऊ शकतात.

• टंगस्टन एचिंग: मल्टी-लेयर मेटल वायर इंटरकनेक्शन स्ट्रक्चर्समध्ये, टंगस्टन ही मुख्य धातू आहे जी चिपच्या मध्यभागी इंटरकनेक्शनसाठी वापरली जाते. मेटल टंगस्टन खोदण्यासाठी फ्लोरिन-आधारित किंवा क्लोरीन-आधारित वायूंचा वापर केला जाऊ शकतो, परंतु फ्लोरिन-आधारित वायूंमध्ये सिलिकॉन ऑक्साईडसाठी खराब निवडकता असते, तर क्लोरीन-आधारित वायूंमध्ये (जसे की CCl4) चांगली निवड असते. नायट्रोजन सामान्यत: उच्च कोरीव गोंद निवडण्यासाठी अभिक्रिया वायूमध्ये जोडला जातो आणि कार्बन साठा कमी करण्यासाठी ऑक्सिजन जोडला जातो. क्लोरीन-आधारित वायूसह टंगस्टन एचिंग केल्याने ॲनिसोट्रॉपिक एचिंग आणि उच्च निवडकता प्राप्त होऊ शकते. टंगस्टनच्या कोरड्या खोदकामात वापरण्यात येणारे वायू हे प्रामुख्याने SF6, Ar आणि O2 आहेत, त्यापैकी SF6 हे प्लाझ्मामध्ये विघटित करून फ्लोरिनचे अणू आणि टंगस्टन फ्लोराईड तयार करण्यासाठी रासायनिक अभिक्रिया प्रदान करू शकतात.

• टायटॅनियम नायट्राइड एचिंग: टायटॅनियम नायट्राइड, एक कठोर मुखवटा सामग्री म्हणून, ड्युअल डॅमॅसिन प्रक्रियेत पारंपारिक सिलिकॉन नायट्राइड किंवा ऑक्साइड मास्कची जागा घेते. टायटॅनियम नायट्राइड एचिंग हे मुख्यतः हार्ड मास्क उघडण्याच्या प्रक्रियेत वापरले जाते आणि मुख्य प्रतिक्रिया उत्पादन TiCl4 आहे. पारंपारिक मुखवटा आणि लो-के डायलेक्ट्रिक लेयरमधील निवडकता जास्त नाही, ज्यामुळे लो-के डायलेक्ट्रिक लेयरच्या वरच्या बाजूला चाप-आकाराचे प्रोफाइल दिसेल आणि खोदकामानंतर खोबणीच्या रुंदीचा विस्तार होईल. डिपॉझिट केलेल्या मेटल लाईन्समधील अंतर खूपच लहान आहे, ज्यामुळे गळती किंवा थेट ब्रेकडाउन होण्याचा धोका असतो.

2. इन्सुलेटर एचिंग

इन्सुलेटर एचिंगची वस्तू सामान्यतः सिलिकॉन डायऑक्साइड किंवा सिलिकॉन नायट्राइड सारखी डायलेक्ट्रिक सामग्री असते, ज्याचा वापर वेगवेगळ्या सर्किट स्तरांना जोडण्यासाठी संपर्क छिद्र आणि चॅनेल छिद्र तयार करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. डायलेक्ट्रिक एचिंगमध्ये सामान्यतः कॅपेसिटिव्ह जोडलेल्या प्लाझ्मा एचिंगच्या तत्त्वावर आधारित एचर वापरतात.

• सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्मचे प्लाझ्मा एचिंग: सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्म सामान्यत: सीएफ४, सीएचएफ३, सी२एफ६, एसएफ६ आणि सी३एफ८ सारख्या फ्लोरिनयुक्त वायूंचा वापर करून कोरली जाते. एचिंग गॅसमध्ये असलेला कार्बन ऑक्साईडच्या थरातील ऑक्सिजनशी प्रतिक्रिया देऊन CO आणि CO2 उपउत्पादने तयार करू शकतो, ज्यामुळे ऑक्साईडच्या थरातील ऑक्सिजन काढून टाकला जातो. CF4 हा सर्वात जास्त वापरला जाणारा एचिंग वायू आहे. जेव्हा CF4 उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनशी टक्कर घेतो तेव्हा विविध आयन, रॅडिकल्स, अणू आणि मुक्त रॅडिकल्स तयार होतात. फ्लुओरिन फ्री रॅडिकल्स SiO2 आणि Si सह रासायनिक प्रतिक्रिया करून अस्थिर सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड (SiF4) तयार करू शकतात.

• सिलिकॉन नायट्राइड फिल्मचे प्लाझ्मा एचिंग: सिलिकॉन नायट्राइड फिल्मला प्लाझ्मा एचिंग CF4 किंवा CF4 मिश्रित वायू (O2, SF6 आणि NF3 सह) वापरून कोरता येते. Si3N4 फिल्मसाठी, जेव्हा CF4-O2 प्लाझ्मा किंवा F अणू असलेले इतर गॅस प्लाझ्मा एचिंगसाठी वापरले जाते, तेव्हा सिलिकॉन नायट्राइडचा एचिंग दर 1200Å/min पर्यंत पोहोचू शकतो आणि एचिंग निवडकता 20:1 इतकी जास्त असू शकते. मुख्य उत्पादन अस्थिर सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड (SiF4) आहे जे काढणे सोपे आहे.

4. सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन एचिंग

सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन एचिंगचा वापर प्रामुख्याने उथळ ट्रेंच आयसोलेशन (STI) तयार करण्यासाठी केला जातो. या प्रक्रियेमध्ये सामान्यतः एक यशस्वी प्रक्रिया आणि मुख्य कोरीव प्रक्रिया समाविष्ट असते. मजबूत आयन बॉम्बर्डमेंट आणि फ्लोरिन घटकांच्या रासायनिक क्रियेद्वारे सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनच्या पृष्ठभागावरील ऑक्साईड थर काढून टाकण्यासाठी प्रगती प्रक्रिया SiF4 आणि NF गॅसचा वापर करते; मुख्य नक्षीकाम हायड्रोजन ब्रोमाइड (HBr) मुख्य नक्षी म्हणून वापरते. प्लाझ्मा वातावरणात HBr द्वारे विघटित ब्रोमाइन रॅडिकल्स सिलिकॉनशी विक्रिया करून अस्थिर सिलिकॉन टेट्राब्रोमाइड (SiBr4) तयार करतात, ज्यामुळे सिलिकॉन काढून टाकतात. सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन एचिंग सहसा प्रेरकपणे जोडलेले प्लाझ्मा एचिंग मशीन वापरते.

5. पॉलिसिलिकॉन एचिंग

पॉलीसिलिकॉन एचिंग ही मुख्य प्रक्रियांपैकी एक आहे जी ट्रान्झिस्टरच्या गेटचा आकार निर्धारित करते आणि गेटचा आकार एकात्मिक सर्किट्सच्या कार्यक्षमतेवर थेट परिणाम करतो. पॉलिसिलिकॉन एचिंगसाठी चांगले निवडक गुणोत्तर आवश्यक आहे. क्लोरीन (Cl2) सारख्या हॅलोजन वायूंचा वापर सामान्यत: ॲनिसोट्रॉपिक एचिंग साध्य करण्यासाठी केला जातो आणि त्यांचे निवडक गुणोत्तर (10:1 पर्यंत) असते. ब्रोमाइन-आधारित वायू जसे की हायड्रोजन ब्रोमाइड (HBr) उच्च निवडक गुणोत्तर (100:1 पर्यंत) मिळवू शकतात. क्लोरीन आणि ऑक्सिजनसह एचबीआरचे मिश्रण नक्षीचे प्रमाण वाढवू शकते. हॅलोजन गॅस आणि सिलिकॉनची प्रतिक्रिया उत्पादने संरक्षणात्मक भूमिका बजावण्यासाठी साइडवॉलवर जमा केली जातात. पॉलीसिलिकॉन एचिंग सहसा प्रेरकपणे जोडलेले प्लाझ्मा एचिंग मशीन वापरते.

कॅपेसिटिवली कपल्ड प्लाझ्मा एचिंग असो किंवा इन्डक्टिवली कपल्ड प्लाझ्मा एचिंग असो, प्रत्येकाचे स्वतःचे वेगळे फायदे आणि तांत्रिक वैशिष्ट्ये आहेत. योग्य नक्षीकाम तंत्रज्ञान निवडणे केवळ उत्पादन कार्यक्षमता सुधारू शकत नाही, परंतु अंतिम उत्पादनाचे उत्पन्न देखील सुनिश्चित करू शकते.