1. विहंगावलोकन
हीटिंग, ज्याला थर्मल प्रोसेसिंग देखील म्हणतात, उत्पादन प्रक्रियांचा संदर्भ देते जे उच्च तापमानावर चालते, सामान्यत: ॲल्युमिनियमच्या वितळण्याच्या बिंदूपेक्षा जास्त असते.
गरम करण्याची प्रक्रिया सामान्यत: उच्च-तापमानाच्या भट्टीत केली जाते आणि त्यात सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये क्रिस्टल दोष दुरुस्तीसाठी ऑक्सिडेशन, अशुद्धता प्रसार आणि ॲनिलिंग यासारख्या प्रमुख प्रक्रियांचा समावेश होतो.
ऑक्सिडेशन: ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये उच्च-तापमान उष्णता उपचारासाठी ऑक्सिजन किंवा पाण्याची वाफ यांसारख्या ऑक्सिडंट्सच्या वातावरणात सिलिकॉन वेफर ठेवले जाते, ज्यामुळे सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर रासायनिक अभिक्रिया होऊन ऑक्साइड फिल्म तयार होते.
अशुद्धता प्रसार: प्रक्रिया आवश्यकतांनुसार सिलिकॉन सब्सट्रेटमध्ये अशुद्धता घटकांचा परिचय करून देण्यासाठी उच्च तापमानाच्या परिस्थितीत थर्मल डिफ्यूजन तत्त्वांच्या वापराचा संदर्भ देते, जेणेकरून त्याचे विशिष्ट एकाग्रतेचे वितरण होते, ज्यामुळे सिलिकॉन सामग्रीचे विद्युत गुणधर्म बदलतात.
एनीलिंग म्हणजे आयन इम्प्लांटेशनमुळे होणारे जालीचे दोष दुरुस्त करण्यासाठी आयन इम्प्लांटेशन नंतर सिलिकॉन वेफर गरम करण्याच्या प्रक्रियेस सूचित करते.
ऑक्सिडेशन/डिफ्यूजन/ॲनलिंगसाठी तीन मूलभूत प्रकारची उपकरणे वापरली जातात:
- क्षैतिज भट्टी;
- उभ्या भट्टी;
- जलद गरम भट्टी: जलद उष्णता उपचार उपकरणे
पारंपारिक उष्णता उपचार प्रक्रिया प्रामुख्याने आयन इम्प्लांटेशनमुळे होणारे नुकसान दूर करण्यासाठी दीर्घकालीन उच्च-तापमान उपचार वापरतात, परंतु त्याचे तोटे अपूर्ण दोष काढून टाकणे आणि रोपण केलेल्या अशुद्धतेची कमी सक्रियता कार्यक्षमता आहे.
याव्यतिरिक्त, उच्च ॲनिलिंग तापमान आणि दीर्घकाळामुळे, अशुद्धतेचे पुनर्वितरण होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात अशुद्धता पसरते आणि उथळ जंक्शन आणि अरुंद अशुद्धता वितरणाची आवश्यकता पूर्ण करण्यात अयशस्वी होते.
रॅपिड थर्मल प्रोसेसिंग (RTP) उपकरणे वापरून आयन-इंप्लांटेड वेफर्सचे जलद थर्मल ऍनिलिंग ही उष्णता उपचार पद्धत आहे जी संपूर्ण वेफरला एका विशिष्ट तापमानात (सामान्यत: 400-1300°C) कमी वेळेत गरम करते.
फर्नेस हीटिंग ॲनिलिंगच्या तुलनेत, कमी थर्मल बजेट, डोपिंग क्षेत्रात अशुद्धतेच्या हालचालीची लहान श्रेणी, कमी प्रदूषण आणि कमी प्रक्रिया वेळ असे फायदे आहेत.
जलद थर्मल ॲनिलिंग प्रक्रियेमध्ये विविध ऊर्जा स्त्रोतांचा वापर केला जाऊ शकतो आणि ॲनिलिंगची वेळ खूप विस्तृत आहे (100 ते 10-9 पर्यंत, जसे की लॅम्प ॲनिलिंग, लेझर ॲनिलिंग इ.). हे अशुद्धतेचे पुनर्वितरण प्रभावीपणे दाबून टाकताना अशुद्धता पूर्णपणे सक्रिय करू शकते. हे सध्या 200 मिमी पेक्षा जास्त वेफर व्यासासह हाय-एंड इंटिग्रेटेड सर्किट उत्पादन प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.
2. दुसरी हीटिंग प्रक्रिया
2.1 ऑक्सीकरण प्रक्रिया
इंटिग्रेटेड सर्किट मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेत, सिलिकॉन ऑक्साईड फिल्म्स तयार करण्यासाठी दोन पद्धती आहेत: थर्मल ऑक्सिडेशन आणि डिपॉझिशन.
ऑक्सिडेशन प्रक्रिया म्हणजे थर्मल ऑक्सिडेशनद्वारे सिलिकॉन वेफर्सच्या पृष्ठभागावर SiO2 तयार करण्याची प्रक्रिया होय. थर्मल ऑक्सिडेशनद्वारे तयार केलेली SiO2 फिल्म त्याच्या उत्कृष्ट इलेक्ट्रिकल इन्सुलेशन गुणधर्मांमुळे आणि प्रक्रियेच्या व्यवहार्यतेमुळे एकात्मिक सर्किट उत्पादन प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.
त्याचे सर्वात महत्वाचे अनुप्रयोग खालीलप्रमाणे आहेत:
- स्क्रॅच आणि दूषित होण्यापासून उपकरणांचे संरक्षण करा;
- चार्ज केलेल्या वाहकांचे फील्ड अलगाव मर्यादित करणे (पृष्ठभाग निष्क्रिय करणे);
- गेट ऑक्साईड किंवा स्टोरेज सेल स्ट्रक्चर्समध्ये डायलेक्ट्रिक सामग्री;
- डोपिंगमध्ये इम्प्लांट मास्किंग;
- धातूच्या प्रवाहकीय स्तरांमधील एक डायलेक्ट्रिक थर.
(१)डिव्हाइस संरक्षण आणि अलगाव
वेफर (सिलिकॉन वेफर) च्या पृष्ठभागावर उगवलेला SiO2 सिलिकॉनमधील संवेदनशील उपकरणांना वेगळे करण्यासाठी आणि संरक्षित करण्यासाठी प्रभावी अडथळा स्तर म्हणून काम करू शकतो.
SiO2 एक कठोर आणि सच्छिद्र नसलेली (दाट) सामग्री असल्यामुळे, सिलिकॉन पृष्ठभागावरील सक्रिय उपकरणांना प्रभावीपणे वेगळे करण्यासाठी त्याचा वापर केला जाऊ शकतो. हार्ड SiO2 लेयर सिलिकॉन वेफरचे स्क्रॅच आणि उत्पादन प्रक्रियेदरम्यान होणाऱ्या नुकसानापासून संरक्षण करेल.
(२)पृष्ठभाग निष्क्रियता
पृष्ठभाग पॅसिव्हेशन थर्मलली वाढलेल्या SiO2 चा एक मोठा फायदा हा आहे की ते सिलिकॉनचे लटकणारे बंध मर्यादित करून त्याच्या पृष्ठभागाच्या स्थितीची घनता कमी करू शकते, ज्याला पृष्ठभाग निष्क्रियीकरण म्हणून ओळखले जाते.
हे विद्युत ऱ्हास प्रतिबंधित करते आणि ओलावा, आयन किंवा इतर बाह्य दूषित घटकांमुळे होणाऱ्या गळती करंटचा मार्ग कमी करते. कठोर SiO2 स्तर Si चे स्क्रॅच आणि प्रक्रियेच्या नुकसानापासून संरक्षण करते जे पोस्ट-प्रॉडक्शन दरम्यान होऊ शकते.
Si पृष्ठभागावर उगवलेला SiO2 थर Si पृष्ठभागावरील विद्युत् सक्रिय दूषित घटकांना (मोबाइल आयन दूषित) बांधू शकतो. जंक्शन उपकरणांच्या गळती प्रवाहावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी आणि स्थिर गेट ऑक्साइड वाढवण्यासाठी देखील पॅसिव्हेशन महत्वाचे आहे.
उच्च-गुणवत्तेचा पॅसिव्हेशन लेयर म्हणून, ऑक्साईड लेयरमध्ये एकसमान जाडी, कोणतेही पिनहोल्स आणि व्हॉईड्स यासारख्या गुणवत्ता आवश्यकता असतात.
Si सरफेस पॅसिव्हेशन लेयर म्हणून ऑक्साईड लेयर वापरण्याचा आणखी एक घटक म्हणजे ऑक्साईड लेयरची जाडी. सिलिकॉन पृष्ठभागावर चार्ज संचयित झाल्यामुळे धातूचा थर चार्ज होण्यापासून रोखण्यासाठी ऑक्साईडचा थर पुरेसा जाड असणे आवश्यक आहे, जे सामान्य कॅपेसिटरच्या चार्ज स्टोरेज आणि ब्रेकडाउन वैशिष्ट्यांसारखे आहे.
SiO2 चा देखील Si शी थर्मल विस्ताराचा एक समान गुणांक आहे. उच्च तापमान प्रक्रियेदरम्यान सिलिकॉन वेफर्सचा विस्तार होतो आणि कूलिंग दरम्यान संकुचित होतो.
SiO2 Si च्या अगदी जवळ असलेल्या दराने विस्तारते किंवा आकुंचन पावते, जे थर्मल प्रक्रियेदरम्यान सिलिकॉन वेफरचे वार्पिंग कमी करते. हे ऑक्साईड फिल्मचे सिलिकॉन पृष्ठभागापासून वेगळे होण्याचे देखील टाळते.
(३)गेट ऑक्साईड डायलेक्ट्रिक
एमओएस तंत्रज्ञानातील सर्वात सामान्यपणे वापरल्या जाणाऱ्या आणि महत्त्वाच्या गेट ऑक्साईड संरचनेसाठी, एक अत्यंत पातळ ऑक्साईड थर डायलेक्ट्रिक सामग्री म्हणून वापरला जातो. गेट ऑक्साईड लेयर आणि त्याखालील Si मध्ये उच्च दर्जाची आणि स्थिरतेची वैशिष्ट्ये असल्याने, गेट ऑक्साईड थर सामान्यतः थर्मल वाढीद्वारे प्राप्त केला जातो.
SiO2 मध्ये उच्च डायलेक्ट्रिक सामर्थ्य (107V/m) आणि उच्च प्रतिरोधकता (सुमारे 1017Ω·cm) आहे.
एमओएस उपकरणांच्या विश्वासार्हतेची गुरुकिल्ली म्हणजे गेट ऑक्साईड लेयरची अखंडता. एमओएस उपकरणांमधील गेट संरचना विद्युत प्रवाह नियंत्रित करते. कारण हा ऑक्साईड फील्ड-इफेक्ट तंत्रज्ञानावर आधारित मायक्रोचिपच्या कार्याचा आधार आहे,
म्हणून, उच्च दर्जाची, उत्कृष्ट फिल्म जाडीची एकसमानता आणि अशुद्धतेची अनुपस्थिती या त्याच्या मूलभूत आवश्यकता आहेत. गेट ऑक्साईड संरचनेचे कार्य खराब करू शकणारी कोणतीही दूषितता कठोरपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे.
(४)डोपिंग अडथळा
SiO2 चा वापर सिलिकॉन पृष्ठभागाच्या निवडक डोपिंगसाठी प्रभावी मास्किंग स्तर म्हणून केला जाऊ शकतो. एकदा सिलिकॉनच्या पृष्ठभागावर ऑक्साईडचा थर तयार झाल्यानंतर, मुखवटाच्या पारदर्शक भागामध्ये SiO2 एक खिडकी तयार करण्यासाठी कोरले जाते ज्याद्वारे डोपिंग सामग्री सिलिकॉन वेफरमध्ये प्रवेश करू शकते.
जेथे खिडक्या नाहीत, तेथे ऑक्साईड सिलिकॉनच्या पृष्ठभागाचे संरक्षण करू शकते आणि अशुद्धता पसरण्यापासून रोखू शकते, अशा प्रकारे निवडक अशुद्धता रोपण सक्षम करते.
SiO2 मध्ये Si च्या तुलनेत डोपंट्स हळूहळू हलतात, त्यामुळे डोपंट्स ब्लॉक करण्यासाठी फक्त एक पातळ ऑक्साईड थर आवश्यक आहे (लक्षात घ्या की हा दर तापमानावर अवलंबून आहे).
एक पातळ ऑक्साईड थर (उदा., 150 Å जाडी) ज्या भागात आयन रोपण आवश्यक आहे तेथे देखील वापरला जाऊ शकतो, ज्याचा वापर सिलिकॉन पृष्ठभागाचे नुकसान कमी करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
हे चॅनेलिंग इफेक्ट कमी करून अशुद्धतेच्या रोपण दरम्यान जंक्शन खोलीचे चांगले नियंत्रण करण्यास अनुमती देते. रोपण केल्यानंतर, सिलिकॉन पृष्ठभाग पुन्हा सपाट करण्यासाठी हायड्रोफ्लोरिक ऍसिडसह ऑक्साईड निवडकपणे काढला जाऊ शकतो.
(५)धातूच्या थरांमधील डायलेक्ट्रिक थर
SiO2 सामान्य परिस्थितीत वीज चालवत नाही, त्यामुळे मायक्रोचिपमधील धातूच्या थरांमधील ते प्रभावी इन्सुलेटर आहे. SiO2 वरच्या मेटल लेयर आणि लोअर मेटल लेयरमधील शॉर्ट सर्किट्स रोखू शकतो, जसे वायरवरील इन्सुलेटर शॉर्ट सर्किट्स टाळू शकतो.
ऑक्साईडसाठी गुणवत्तेची आवश्यकता अशी आहे की ते पिनहोल्स आणि व्हॉईड्सपासून मुक्त आहे. अधिक प्रभावी तरलता प्राप्त करण्यासाठी हे सहसा डोप केले जाते, जे दूषित प्रसार कमी करू शकते. हे सामान्यतः थर्मल ग्रोथ ऐवजी रासायनिक बाष्प जमा करून प्राप्त होते.
प्रतिक्रिया वायूवर अवलंबून, ऑक्सिडेशन प्रक्रिया सहसा विभागली जाते:
- कोरडे ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन: Si + O2→SiO2;
- ओले ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन: 2H2O (पाण्याची वाफ) + Si→SiO2+2H2;
- क्लोरीन-डोप केलेले ऑक्सीकरण: क्लोरीन वायू, जसे की हायड्रोजन क्लोराईड (HCl), डायक्लोरोइथिलीन DCE (C2H2Cl2) किंवा त्याचे डेरिव्हेटिव्ह, ऑक्सिडेशन दर आणि ऑक्साईड स्तराची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी ऑक्सिजनमध्ये जोडले जाते.
(१)कोरड्या ऑक्सिजन ऑक्सीकरण प्रक्रिया: प्रतिक्रिया वायूमधील ऑक्सिजनचे रेणू आधीच तयार झालेल्या ऑक्साईड थरातून पसरतात, SiO2 आणि Si मधील इंटरफेसपर्यंत पोहोचतात, Si शी प्रतिक्रिया देतात आणि नंतर SiO2 थर तयार करतात.
कोरड्या ऑक्सिजन ऑक्सिडेशनद्वारे तयार केलेल्या SiO2 मध्ये दाट रचना, एकसमान जाडी, इंजेक्शन आणि प्रसारासाठी मजबूत मास्किंग क्षमता आणि उच्च प्रक्रिया पुनरावृत्तीक्षमता आहे. त्याचा तोटा म्हणजे विकास दर मंद आहे.
ही पद्धत सामान्यत: उच्च-गुणवत्तेच्या ऑक्सिडेशनसाठी वापरली जाते, जसे की गेट डायलेक्ट्रिक ऑक्सिडेशन, पातळ बफर लेयर ऑक्सिडेशन किंवा जाड बफर लेयर ऑक्सिडेशन दरम्यान ऑक्सिडेशन सुरू करण्यासाठी आणि ऑक्सिडेशन समाप्त करण्यासाठी.
(२)ओले ऑक्सिजन ऑक्सीकरण प्रक्रिया: पाण्याची वाफ थेट ऑक्सिजनमध्ये वाहून नेली जाऊ शकते किंवा ती हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या अभिक्रियाने मिळवता येते. ऑक्सिजनमध्ये हायड्रोजन किंवा पाण्याची वाफ यांचे आंशिक दाब प्रमाण समायोजित करून ऑक्सिडेशन दर बदलला जाऊ शकतो.
लक्षात घ्या की सुरक्षितता सुनिश्चित करण्यासाठी, हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनचे गुणोत्तर 1.88:1 पेक्षा जास्त नसावे. ओले ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया वायूमध्ये ऑक्सिजन आणि पाण्याची वाफ दोन्हीच्या उपस्थितीमुळे होते आणि उच्च तापमानात पाण्याची वाफ हायड्रोजन ऑक्साईड (HO) मध्ये विघटित होईल.
सिलिकॉन ऑक्साईडमध्ये हायड्रोजन ऑक्साईडचा प्रसार दर ऑक्सिजनच्या तुलनेत खूप वेगवान आहे, म्हणून ओले ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन दर कोरड्या ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन दरापेक्षा सुमारे एक ऑर्डर जास्त आहे.
(३)क्लोरीन-डोपड ऑक्सिडेशन प्रक्रिया: पारंपारिक कोरड्या ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन आणि ओले ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन व्यतिरिक्त, क्लोरीन वायू, जसे की हायड्रोजन क्लोराईड (HCl), डिक्लोरोइथिलीन DCE (C2H2Cl2) किंवा त्याचे डेरिव्हेटिव्ह, ऑक्सिजनमध्ये ऑक्सिडेशन दर आणि ऑक्साइड लेयरची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी जोडले जाऊ शकतात. .
ऑक्सिडेशन दर वाढण्याचे मुख्य कारण म्हणजे जेव्हा ऑक्सिडेशनसाठी क्लोरीन जोडले जाते, तेव्हा रिॲक्टंटमध्ये केवळ पाण्याची वाफ नसते जी ऑक्सिडेशनला गती देऊ शकते, परंतु क्लोरीन देखील Si आणि SiO2 मधील इंटरफेसजवळ जमा होते. ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत, क्लोरोसिलिकॉन संयुगे सहजपणे सिलिकॉन ऑक्साईडमध्ये रूपांतरित होतात, जे ऑक्सिडेशन उत्प्रेरित करू शकतात.
ऑक्साईड लेयरच्या गुणवत्तेत सुधारणा होण्याचे मुख्य कारण म्हणजे ऑक्साईड लेयरमधील क्लोरीन अणू सोडियम आयनची क्रिया शुद्ध करू शकतात, ज्यामुळे उपकरणे आणि प्रक्रिया कच्च्या मालाच्या सोडियम आयन दूषिततेमुळे ऑक्सिडेशन दोष कमी होतात. म्हणून, क्लोरीन डोपिंग बहुतेक कोरड्या ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन प्रक्रियेत सामील आहे.
2.2 प्रसार प्रक्रिया
पारंपारिक प्रसार म्हणजे उच्च एकाग्रतेच्या क्षेत्रातून कमी एकाग्रतेच्या क्षेत्रामध्ये पदार्थांचे हस्तांतरण जोपर्यंत ते समान रीतीने वितरित केले जात नाहीत. प्रसार प्रक्रिया फिकच्या नियमाचे पालन करते. प्रसरण दोन किंवा अधिक पदार्थांमध्ये होऊ शकते आणि विविध क्षेत्रांमधील एकाग्रता आणि तापमानातील फरक पदार्थांचे वितरण एकसमान समतोल स्थितीत आणतात.
सेमीकंडक्टर मटेरियलचा एक महत्त्वाचा गुणधर्म म्हणजे त्यांची चालकता विविध प्रकारची किंवा डोपेंट्सची एकाग्रता जोडून समायोजित केली जाऊ शकते. इंटिग्रेटेड सर्किट मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये, ही प्रक्रिया सामान्यतः डोपिंग किंवा प्रसार प्रक्रियेद्वारे प्राप्त केली जाते.
डिझाईनच्या उद्दिष्टांवर अवलंबून, सिलिकॉन, जर्मेनियम किंवा III-V संयुगे यांसारखी अर्धसंवाहक सामग्री दात्यातील अशुद्धता किंवा स्वीकारक अशुद्धतेसह डोपिंग करून दोन भिन्न अर्धसंवाहक गुणधर्म, N-प्रकार किंवा P-प्रकार मिळवू शकतात.
सेमीकंडक्टर डोपिंग प्रामुख्याने दोन पद्धतींद्वारे केले जाते: प्रसार किंवा आयन रोपण, प्रत्येकाची स्वतःची वैशिष्ट्ये:
डिफ्यूजन डोपिंग कमी खर्चिक आहे, परंतु डोपिंग सामग्रीची एकाग्रता आणि खोली अचूकपणे नियंत्रित केली जाऊ शकत नाही;
आयन इम्प्लांटेशन तुलनेने महाग असले तरी ते डोपंट एकाग्रता प्रोफाइलचे अचूक नियंत्रण करण्यास अनुमती देते.
1970 च्या दशकापूर्वी, एकात्मिक सर्किट ग्राफिक्सचे वैशिष्ट्य आकार 10μm च्या क्रमाने होते आणि पारंपारिक थर्मल डिफ्यूजन तंत्रज्ञान सामान्यतः डोपिंगसाठी वापरले जात असे.
प्रसार प्रक्रिया प्रामुख्याने अर्धसंवाहक सामग्री सुधारण्यासाठी वापरली जाते. सेमीकंडक्टर सामग्रीमध्ये भिन्न पदार्थांचे विसर्जन करून, त्यांची चालकता आणि इतर भौतिक गुणधर्म बदलले जाऊ शकतात.
उदाहरणार्थ, त्रिसंयोजक घटक बोरॉनला सिलिकॉनमध्ये विसर्जित केल्याने, एक P-प्रकार अर्धसंवाहक तयार होतो; पेंटाव्हॅलेंट घटक फॉस्फरस किंवा आर्सेनिकचे डोपिंग करून, एन-टाइप सेमीकंडक्टर तयार होतो. जेव्हा अधिक छिद्रे असलेला P-प्रकार अर्धसंवाहक अधिक इलेक्ट्रॉन असलेल्या N-प्रकार अर्धसंवाहकाच्या संपर्कात येतो तेव्हा PN जंक्शन तयार होते.
वैशिष्ट्यांचे आकार आकुंचन पावत असताना, समस्थानिक प्रसार प्रक्रियेमुळे डोपंट्स शील्ड ऑक्साईड लेयरच्या दुसऱ्या बाजूला पसरणे शक्य होते, ज्यामुळे लगतच्या प्रदेशांमध्ये शॉर्ट्स होतात.
काही विशेष उपयोग वगळता (जसे की एकसमान वितरित उच्च-व्होल्टेज प्रतिरोधक क्षेत्रे तयार करण्यासाठी दीर्घकालीन प्रसार), प्रसार प्रक्रिया हळूहळू आयन इम्प्लांटेशनने बदलली आहे.
तथापि, 10nm पेक्षा कमी तंत्रज्ञानाच्या निर्मितीमध्ये, त्रिमितीय फिन फील्ड-इफेक्ट ट्रान्झिस्टर (FinFET) उपकरणातील फिनचा आकार खूपच लहान असल्याने, आयन इम्प्लांटेशन त्याच्या लहान संरचनेचे नुकसान करेल. घन स्त्रोत प्रसार प्रक्रियेचा वापर ही समस्या सोडवू शकते.
2.3 अधोगती प्रक्रिया
ॲनिलिंग प्रक्रियेला थर्मल ॲनिलिंग असेही म्हणतात. विशिष्ट प्रक्रियेचा उद्देश साध्य करण्यासाठी सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर किंवा आतील सूक्ष्म संरचना बदलण्यासाठी विशिष्ट कालावधीसाठी उच्च तापमानाच्या वातावरणात सिलिकॉन वेफर ठेवणे ही प्रक्रिया आहे.
एनीलिंग प्रक्रियेतील सर्वात गंभीर पॅरामीटर्स तापमान आणि वेळ आहेत. तापमान जितके जास्त आणि जास्त वेळ तितके थर्मल बजेट जास्त.
वास्तविक इंटिग्रेटेड सर्किट मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेत, थर्मल बजेट काटेकोरपणे नियंत्रित केले जाते. प्रक्रियेच्या प्रवाहात अनेक ऍनेलिंग प्रक्रिया असल्यास, थर्मल बजेट एकाधिक उष्णता उपचारांच्या सुपरपोझिशन म्हणून व्यक्त केले जाऊ शकते.
तथापि, प्रक्रिया नोड्सच्या सूक्ष्मीकरणासह, संपूर्ण प्रक्रियेत स्वीकार्य थर्मल बजेट लहान आणि लहान होत जाते, म्हणजेच, उच्च-तापमान थर्मल प्रक्रियेचे तापमान कमी होते आणि वेळ कमी होतो.
सामान्यतः, ॲनिलिंग प्रक्रिया आयन रोपण, पातळ फिल्म डिपॉझिशन, मेटल सिलिसाइड निर्मिती आणि इतर प्रक्रियांसह एकत्रित केली जाते. आयन इम्प्लांटेशन नंतर थर्मल एनीलिंग हे सर्वात सामान्य आहे.
आयन इम्प्लांटेशनमुळे सब्सट्रेट अणूंवर परिणाम होईल, ज्यामुळे ते मूळ जाळीच्या संरचनेपासून दूर जातील आणि सब्सट्रेट जाळीला नुकसान होईल. थर्मल ॲनिलिंगमुळे आयन इम्प्लांटेशनमुळे होणारे जाळीचे नुकसान दुरुस्त करता येते आणि प्रत्यारोपित अशुद्धता अणूंना जाळीच्या अंतरांपासून जाळीच्या जागेवर हलवू शकते, ज्यामुळे ते सक्रिय होतात.
जाळीच्या नुकसान दुरुस्तीसाठी आवश्यक तापमान सुमारे 500°C आहे आणि अशुद्धता सक्रिय करण्यासाठी आवश्यक तापमान सुमारे 950°C आहे. सैद्धांतिकदृष्ट्या, ॲनिलिंग वेळ जितका जास्त असेल आणि तापमान जितके जास्त असेल तितके अशुद्धतेचे सक्रियकरण दर जास्त असेल, परंतु थर्मल बजेट खूप जास्त अशुद्धतेच्या प्रसारास कारणीभूत ठरेल, ज्यामुळे प्रक्रिया अनियंत्रित होईल आणि शेवटी डिव्हाइस आणि सर्किट कार्यक्षमतेत ऱ्हास होईल.
म्हणून, उत्पादन तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, पारंपारिक दीर्घकालीन फर्नेस ॲनिलिंगची जागा हळूहळू जलद थर्मल ॲनिलिंग (आरटीए) ने घेतली आहे.
उत्पादन प्रक्रियेत, काही विशिष्ट चित्रपटांना चित्रपटाचे विशिष्ट भौतिक किंवा रासायनिक गुणधर्म बदलण्यासाठी डिपॉझिशननंतर थर्मल एनलिंग प्रक्रियेतून जावे लागते. उदाहरणार्थ, एक सैल फिल्म दाट होते, त्याचे कोरडे किंवा ओले नक्षी दर बदलते;
आणखी एक सामान्यतः वापरली जाणारी ॲनिलिंग प्रक्रिया मेटल सिलिसाइडच्या निर्मिती दरम्यान होते. कोबाल्ट, निकेल, टायटॅनियम इत्यादीसारख्या धातूचे चित्रपट सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर थुंकले जातात आणि तुलनेने कमी तापमानात जलद थर्मल ॲनिलिंग केल्यानंतर, धातू आणि सिलिकॉन मिश्रधातू तयार करू शकतात.
काही धातू वेगवेगळ्या तापमानाच्या परिस्थितीत वेगवेगळ्या मिश्रधातूचे टप्पे तयार करतात. सामान्यतः, प्रक्रियेदरम्यान कमी संपर्क प्रतिकार आणि शरीराच्या प्रतिकारासह मिश्रधातूचा टप्पा तयार होण्याची आशा आहे.
वेगवेगळ्या थर्मल बजेट आवश्यकतांनुसार, ॲनिलिंग प्रक्रिया उच्च तापमान भट्टी ॲनिलिंग आणि जलद थर्मल ॲनिलिंगमध्ये विभागली गेली आहे.
- उच्च तापमान भट्टी ट्यूब annealing:
ही एक पारंपारिक ॲनिलिंग पद्धत आहे ज्यामध्ये उच्च तापमान, दीर्घ ॲनिलिंग वेळ आणि उच्च बजेट आहे.
काही विशेष प्रक्रियांमध्ये, जसे की SOI सब्सट्रेट्स तयार करण्यासाठी ऑक्सिजन इंजेक्शन पृथक्करण तंत्रज्ञान आणि खोल-विहीर प्रसार प्रक्रिया, याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. अशा प्रक्रियांना एक परिपूर्ण जाळी किंवा एकसमान अशुद्धता वितरण प्राप्त करण्यासाठी सामान्यतः उच्च थर्मल बजेट आवश्यक असते.
- रॅपिड थर्मल एनीलिंग:
ही सिलिकॉन वेफर्सवर अत्यंत जलद गरम/थंड करून आणि लक्ष्य तापमानात लहान राहून प्रक्रिया करण्याची प्रक्रिया आहे, ज्याला काहीवेळा रॅपिड थर्मल प्रोसेसिंग (RTP) देखील म्हणतात.
अति-उथळ जंक्शन्स तयार करण्याच्या प्रक्रियेत, जलद थर्मल ॲनिलिंग जाळीच्या दोषांची दुरुस्ती, अशुद्धता सक्रियकरण आणि अशुद्धता प्रसार कमी करण्यासाठी तडजोड ऑप्टिमायझेशन प्राप्त करते आणि प्रगत तंत्रज्ञान नोड्सच्या उत्पादन प्रक्रियेत अपरिहार्य आहे.
तापमान वाढ/पडण्याची प्रक्रिया आणि लक्ष्य तापमानावर अल्प मुक्काम मिळून जलद थर्मल ऍनिलिंगचे थर्मल बजेट बनते.
पारंपारिक जलद थर्मल एनीलिंगचे तापमान सुमारे 1000°C असते आणि काही सेकंद लागतात. अलिकडच्या वर्षांत, जलद थर्मल ॲनिलिंगच्या गरजा अधिकाधिक कडक झाल्या आहेत, आणि फ्लॅश ॲनिलिंग, स्पाइक ॲनिलिंग आणि लेझर ॲनिलिंग हळूहळू विकसित झाले आहेत, ॲनिलिंगची वेळ मिलिसेकंदांपर्यंत पोहोचली आहे, आणि अगदी मायक्रोसेकंद आणि सब-मायक्रोसेकंदकडे विकसित होण्याची प्रवृत्ती आहे.
३ . तीन हीटिंग प्रक्रिया उपकरणे
3.1 प्रसार आणि ऑक्सिडेशन उपकरणे
प्रसार प्रक्रिया मुख्यत्वे उच्च तापमानात (सामान्यत: 900-1200℃) थर्मल डिफ्यूजनच्या तत्त्वाचा वापर करते ज्यामुळे अशुद्धता घटक सिलिकॉन सब्सट्रेटमध्ये आवश्यक खोलीवर अंतर्भूत केले जातात आणि त्यास विशिष्ट एकाग्रतेचे वितरण दिले जाते, ज्यामुळे विद्युत गुणधर्म बदलतात. साहित्य आणि अर्धसंवाहक उपकरण रचना तयार करते.
सिलिकॉन इंटिग्रेटेड सर्किट तंत्रज्ञानामध्ये, प्रसार प्रक्रियेचा वापर पीएन जंक्शन किंवा इंटिग्रेटेड सर्किट्समधील रेझिस्टर, कॅपेसिटर, इंटरकनेक्ट वायरिंग, डायोड आणि ट्रान्झिस्टर यांसारखे घटक बनवण्यासाठी केला जातो आणि घटकांमधील अलगावसाठी देखील वापरला जातो.
डोपिंग एकाग्रतेचे वितरण अचूकपणे नियंत्रित करण्यात अक्षमतेमुळे, 200 मिमी आणि त्याहून अधिक व्यास असलेल्या वेफर व्यासासह एकात्मिक सर्किट्सच्या निर्मितीमध्ये प्रसरण प्रक्रिया हळूहळू आयन इम्प्लांटेशन डोपिंग प्रक्रियेद्वारे बदलली गेली आहे, परंतु तरीही एक लहान रक्कम जड मध्ये वापरली जाते. डोपिंग प्रक्रिया.
पारंपारिक प्रसार उपकरणे प्रामुख्याने क्षैतिज प्रसार भट्टी आहेत, आणि उभ्या प्रसार भट्टी देखील लहान आहेत.
क्षैतिज प्रसार भट्टी:
हे 200 मिमी पेक्षा कमी व्यास असलेल्या एकात्मिक सर्किट्सच्या प्रसार प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे उष्णता उपचार उपकरण आहे. त्याची वैशिष्ट्ये अशी आहेत की हीटिंग फर्नेस बॉडी, रिॲक्शन ट्यूब आणि वेफर्स वाहून नेणारी क्वार्ट्ज बोट हे सर्व क्षैतिजरित्या ठेवलेले आहेत, त्यामुळे वेफर्समध्ये चांगली एकसमानता ही प्रक्रिया वैशिष्ट्ये आहेत.
इंटिग्रेटेड सर्किट प्रोडक्शन लाइनवरील हे केवळ एक महत्त्वाचे फ्रंट-एंड उपकरण नाही, तर डिफ्यूजन, ऑक्सिडेशन, ॲनिलिंग, अलॉयिंग आणि इतर प्रक्रिया जसे की डिस्क्रिट डिव्हाइसेस, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक डिव्हाइसेस, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि ऑप्टिकल फायबर यासारख्या उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. .
अनुलंब प्रसार भट्टी:
साधारणपणे 200 मिमी आणि 300 मिमी व्यासासह वेफर्ससाठी एकात्मिक सर्किट प्रक्रियेत वापरल्या जाणाऱ्या बॅच हीट ट्रीटमेंट उपकरणांचा संदर्भ देते, सामान्यत: उभ्या भट्टी म्हणून ओळखले जाते.
उभ्या डिफ्यूजन फर्नेसची संरचनात्मक वैशिष्ट्ये अशी आहेत की हीटिंग फर्नेस बॉडी, रिॲक्शन ट्यूब आणि वेफर वाहून नेणारी क्वार्ट्ज बोट सर्व उभ्या ठेवल्या जातात आणि वेफर क्षैतिजरित्या ठेवल्या जातात. यात वेफरमध्ये चांगली एकसमानता, उच्च प्रमाणात ऑटोमेशन आणि स्थिर प्रणाली कार्यक्षमतेची वैशिष्ट्ये आहेत, जी मोठ्या प्रमाणात एकात्मिक सर्किट उत्पादन लाइनच्या गरजा पूर्ण करू शकतात.
वर्टिकल डिफ्यूजन फर्नेस हे सेमीकंडक्टर इंटिग्रेटेड सर्किट प्रोडक्शन लाइनमधील एक महत्त्वाचे उपकरण आहे आणि ते सामान्यतः पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण (IGBT) इत्यादी क्षेत्रातील संबंधित प्रक्रियांमध्ये वापरले जाते.
उभ्या प्रसार भट्टी ऑक्सिडेशन प्रक्रियेस लागू आहे जसे की कोरड्या ऑक्सिजन ऑक्सिडेशन, हायड्रोजन-ऑक्सिजन संश्लेषण ऑक्सिडेशन, सिलिकॉन ऑक्सिनिट्राइड ऑक्सिडेशन आणि पातळ फिल्म वाढ प्रक्रिया जसे की सिलिकॉन डायऑक्साइड, पॉलिसिलिकॉन, सिलिकॉन नायट्राइड), आणि एसआयटीओएन लेयर (Sito3).
हे सामान्यतः उच्च तापमान ॲनिलिंग, कॉपर ॲनिलिंग आणि मिश्र धातु प्रक्रियांमध्ये वापरले जाते. प्रसार प्रक्रियेच्या संदर्भात, उभ्या प्रसार भट्टी कधीकधी भारी डोपिंग प्रक्रियेत देखील वापरल्या जातात.
3.2 जलद ऍनीलिंग उपकरणे
रॅपिड थर्मल प्रोसेसिंग (RTP) उपकरणे हे एकल-वेफर उष्णता उपचार उपकरणे आहेत जे वेफरचे तापमान त्वरीत प्रक्रियेसाठी आवश्यक तापमानापर्यंत (200-1300°C) वाढवू शकतात आणि ते त्वरीत थंड करू शकतात. हीटिंग/कूलिंग रेट साधारणतः 20-250°C/s असतो.
उर्जा स्त्रोतांच्या विस्तृत श्रेणी आणि एनीलिंग वेळेव्यतिरिक्त, RTP उपकरणांमध्ये इतर उत्कृष्ट प्रक्रिया कार्यप्रदर्शन देखील आहे, जसे की उत्कृष्ट थर्मल बजेट नियंत्रण आणि पृष्ठभागाची चांगली एकरूपता (विशेषत: मोठ्या आकाराच्या वेफर्ससाठी), आयन रोपणामुळे होणारे वेफरचे नुकसान दुरुस्त करणे, आणि एकाधिक चेंबर्स एकाच वेळी वेगवेगळ्या प्रक्रियेचे टप्पे चालवू शकतात.
याव्यतिरिक्त, RTP उपकरणे लवचिकपणे आणि त्वरीत प्रक्रिया वायूंचे रूपांतर आणि समायोजित करू शकतात, ज्यामुळे एकाच उष्णता उपचार प्रक्रियेत अनेक उष्णता उपचार प्रक्रिया पूर्ण केल्या जाऊ शकतात.
रॅपिड थर्मल एनीलिंग (आरटीए) मध्ये RTP उपकरणे सर्वात जास्त वापरली जातात. आयन इम्प्लांटेशननंतर, आयन इम्प्लांटेशनमुळे होणारे नुकसान दुरुस्त करण्यासाठी, डोप केलेले प्रोटॉन सक्रिय करण्यासाठी आणि अशुद्धता प्रसार प्रभावीपणे रोखण्यासाठी RTP उपकरणे आवश्यक आहेत.
साधारणपणे बोलायचे झाल्यास, जाळीतील दोष दुरुस्त करण्यासाठी तापमान सुमारे 500°C असते, तर डोप केलेले अणू सक्रिय करण्यासाठी 950°C आवश्यक असते. अशुद्धता सक्रिय करणे वेळ आणि तापमानाशी संबंधित आहे. जितका जास्त वेळ आणि तापमान जितके जास्त तितके अशुद्धता अधिक पूर्णपणे सक्रिय होते, परंतु ते अशुद्धतेच्या प्रसारास प्रतिबंध करण्यास अनुकूल नसते.
कारण RTP उपकरणांमध्ये तापमानात जलद वाढ/पडणे आणि कमी कालावधीची वैशिष्ट्ये आहेत, आयन इम्प्लांटेशन नंतर ॲनिलिंग प्रक्रियेमुळे जाळीतील दोष दुरुस्ती, अशुद्धता सक्रियकरण आणि अशुद्धता प्रसार प्रतिबंध यांच्यातील इष्टतम पॅरामीटर निवड साध्य करता येते.
RTA मुख्यत्वे खालील चार श्रेणींमध्ये विभागलेला आहे:
(१)स्पाइक ॲनिलिंग
त्याचे वैशिष्ट्य म्हणजे ते जलद गरम/कूलिंग प्रक्रियेवर लक्ष केंद्रित करते, परंतु मुळात उष्णता संरक्षण प्रक्रिया नाही. स्पाइक ॲनिलिंग उच्च तापमानाच्या ठिकाणी फार कमी काळ टिकते आणि त्याचे मुख्य कार्य डोपिंग घटक सक्रिय करणे आहे.
वास्तविक ऍप्लिकेशन्समध्ये, वेफर एका विशिष्ट स्थिर स्टँडबाय तापमान बिंदूपासून वेगाने गरम होऊ लागते आणि लक्ष्य तापमान बिंदूवर पोहोचल्यानंतर लगेच थंड होते.
लक्ष्य तापमान बिंदूवर (म्हणजे सर्वोच्च तापमान बिंदू) देखभालीची वेळ फारच कमी असल्याने, ऍनिलिंग प्रक्रिया अशुद्धता सक्रियतेची डिग्री जास्तीत जास्त वाढवू शकते आणि अशुद्धतेच्या प्रसाराची डिग्री कमी करू शकते, तर ॲनेलिंग दुरुस्तीची चांगली वैशिष्ट्ये आहेत, परिणामी उच्च बाँडिंग गुणवत्ता आणि कमी गळती करंट.
65nm नंतर अल्ट्रा-शॉलो जंक्शन प्रक्रियेमध्ये स्पाइक ॲनिलिंगचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. स्पाइक ॲनिलिंगच्या प्रक्रियेच्या पॅरामीटर्समध्ये मुख्यतः पीक तापमान, पीक राहण्याची वेळ, तापमान विचलन आणि प्रक्रियेनंतर वेफर प्रतिरोध यांचा समावेश होतो.
शिखर निवासाची वेळ जितकी कमी असेल तितके चांगले. हे प्रामुख्याने तापमान नियंत्रण प्रणालीच्या गरम/कूलिंग दरावर अवलंबून असते, परंतु निवडलेल्या प्रक्रियेच्या वायू वातावरणाचा काहीवेळा त्यावर विशिष्ट प्रभाव पडतो.
उदाहरणार्थ, हेलियममध्ये लहान अणू आकारमान आणि वेगवान प्रसार दर आहे, जो जलद आणि एकसमान उष्णता हस्तांतरणासाठी अनुकूल आहे आणि शिखराची रुंदी किंवा शिखर निवास वेळ कमी करू शकतो. म्हणून, हेलियम कधीकधी गरम आणि थंड होण्यास मदत करण्यासाठी निवडले जाते.
(२)दिवा एनीलिंग
लॅम्प ॲनिलिंग तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. हॅलोजन दिवे सामान्यतः जलद ऍनीलिंग उष्णता स्त्रोत म्हणून वापरले जातात. त्यांचे उच्च हीटिंग/कूलिंग दर आणि अचूक तापमान नियंत्रण 65nm वरील उत्पादन प्रक्रियेच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकतात.
तथापि, ते 45nm प्रक्रियेच्या कठोर आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही (45nm प्रक्रियेनंतर, जेव्हा लॉजिक LSI चा निकेल-सिलिकॉन संपर्क येतो, तेव्हा वेफरला पटकन 200°C ते 1000°C पर्यंत मिलिसेकंदांमध्ये गरम करणे आवश्यक असते, त्यामुळे सामान्यतः लेसर एनीलिंग आवश्यक असते).
(३)लेझर एनीलिंग
सिलिकॉन क्रिस्टल वितळण्यासाठी पुरेसे होईपर्यंत वेफरच्या पृष्ठभागाचे तापमान त्वरीत वाढवण्यासाठी लेसरचा थेट वापर करण्याची प्रक्रिया म्हणजे लेझर ॲनिलिंग, ज्यामुळे ते अत्यंत सक्रिय होते.
लेसर ॲनिलिंगचे फायदे अत्यंत जलद गरम आणि संवेदनशील नियंत्रण आहेत. याला फिलामेंट गरम करण्याची आवश्यकता नाही आणि मुळात तापमान अंतर आणि फिलामेंट लाइफमध्ये कोणतीही समस्या नाही.
तथापि, तांत्रिक दृष्टिकोनातून, लेझर ॲनिलिंगमध्ये गळती करंट आणि अवशेष दोष समस्या आहेत, ज्याचा डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर देखील विशिष्ट प्रभाव पडेल.
(४)फ्लॅश एनीलिंग
फ्लॅश ॲनलिंग हे ॲनिलिंग तंत्रज्ञान आहे जे विशिष्ट प्रीहीट तापमानात वेफर्सवर स्पाइक एनीलिंग करण्यासाठी उच्च-तीव्रतेच्या रेडिएशनचा वापर करते.
वेफर 600-800°C पर्यंत गरम केले जाते आणि नंतर उच्च-तीव्रतेच्या रेडिएशनचा वापर अल्पकालीन नाडी विकिरणासाठी केला जातो. जेव्हा वेफरचे सर्वोच्च तापमान आवश्यक ॲनिलिंग तापमानापर्यंत पोहोचते, तेव्हा रेडिएशन त्वरित बंद केले जाते.
RTP उपकरणे प्रगत एकात्मिक सर्किट उत्पादनात वाढत्या प्रमाणात वापरली जात आहेत.
RTA प्रक्रियांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाण्याव्यतिरिक्त, RTP उपकरणे जलद थर्मल ऑक्सिडेशन, जलद थर्मल नायट्रिडेशन, जलद थर्मल प्रसार, जलद रासायनिक वाष्प संचय, तसेच मेटल सिलिसाइड निर्मिती आणि एपिटॅक्सियल प्रक्रियांमध्ये देखील वापरण्यास सुरुवात झाली आहे.
———————————————————————————————————————————————————— ——
सेमिसेरा देऊ शकतातग्रेफाइट भाग,मऊ/कठोर वाटले,सिलिकॉन कार्बाइड भाग,CVD सिलिकॉन कार्बाइड भाग, आणिSiC/TaC लेपित भाग30 दिवसात पूर्ण सेमीकंडक्टर प्रक्रियेसह.
तुम्हाला वरील सेमीकंडक्टर उत्पादनांमध्ये स्वारस्य असल्यास,कृपया प्रथमच आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.
दूरध्वनी: +८६-१३३७३८८९६८३
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-२७-२०२४