चिप निर्माण: नक़्क़ाशी उपकरण और प्रक्रिया

अर्धचालक निर्माण प्रक्रिया में,एचिंगप्रौद्योगिकी एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है जिसका उपयोग जटिल सर्किट पैटर्न बनाने के लिए सब्सट्रेट पर अवांछित सामग्रियों को सटीक रूप से हटाने के लिए किया जाता है। यह लेख दो मुख्य धारा नक़्क़ाशी तकनीकों को विस्तार से पेश करेगा - कैपेसिटिवली कपल्ड प्लाज़्मा नक़्क़ाशी (सीसीपी) और इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज़्मा नक़्क़ाशी (आईसीपी), और विभिन्न सामग्रियों को उकेरने में उनके अनुप्रयोगों का पता लगाएं।

कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी (सीसीपी)

कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी (सीसीपी) एक मैचर और एक डीसी ब्लॉकिंग कैपेसिटर के माध्यम से दो समानांतर प्लेट इलेक्ट्रोड पर आरएफ वोल्टेज लागू करके प्राप्त की जाती है। दो इलेक्ट्रोड और प्लाज्मा मिलकर एक समतुल्य संधारित्र बनाते हैं। इस प्रक्रिया में, आरएफ वोल्टेज इलेक्ट्रोड के पास एक कैपेसिटिव शीथ बनाता है, और वोल्टेज के तीव्र दोलन के साथ शीथ की सीमा बदल जाती है। जब इलेक्ट्रॉन तेजी से बदलते इस आवरण में पहुंचते हैं, तो वे परावर्तित होते हैं और ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जो बदले में प्लाज्मा बनाने के लिए गैस अणुओं के पृथक्करण या आयनीकरण को ट्रिगर करता है। सीसीपी नक़्क़ाशी आमतौर पर उच्च रासायनिक बंधन ऊर्जा वाली सामग्रियों पर लागू होती है, जैसे कि ढांकता हुआ, लेकिन इसकी कम नक़्क़ाशी दर के कारण, यह ठीक नियंत्रण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी (आईसीपी)

प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्माएचिंग(आईसीपी) इस सिद्धांत पर आधारित है कि एक प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए एक प्रत्यावर्ती धारा एक कुंडल से होकर गुजरती है। इस चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, प्रतिक्रिया कक्ष में इलेक्ट्रॉन त्वरित हो जाते हैं और प्रेरित विद्युत क्षेत्र में तेजी से बढ़ना जारी रखते हैं, अंततः प्रतिक्रिया गैस अणुओं से टकराते हैं, जिससे अणु अलग हो जाते हैं या आयनित होते हैं और प्लाज्मा बनाते हैं। यह विधि उच्च आयनीकरण दर उत्पन्न कर सकती है और प्लाज्मा घनत्व और बमबारी ऊर्जा को स्वतंत्र रूप से समायोजित करने की अनुमति देती है, जो बनाता हैआईसीपी नक़्क़ाशीसिलिकॉन और धातु जैसी कम रासायनिक बंधन ऊर्जा वाली सामग्रियों पर नक्काशी के लिए बहुत उपयुक्त है। इसके अलावा, आईसीपी तकनीक बेहतर एकरूपता और नक़्क़ाशी दर भी प्रदान करती है।

1. धातु नक़्क़ाशी

धातु नक़्क़ाशी का उपयोग मुख्य रूप से इंटरकनेक्ट और मल्टी-लेयर मेटल वायरिंग के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है। इसकी आवश्यकताओं में शामिल हैं: उच्च नक़्क़ाशी दर, उच्च चयनात्मकता (मास्क परत के लिए 4:1 से अधिक और इंटरलेयर ढांकता हुआ के लिए 20:1 से अधिक), उच्च नक़्क़ाशी एकरूपता, अच्छा महत्वपूर्ण आयाम नियंत्रण, कोई प्लाज्मा क्षति नहीं, कम अवशिष्ट संदूषक, और धातु पर कोई क्षरण नहीं. धातु नक़्क़ाशी आमतौर पर आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज़्मा नक़्क़ाशी उपकरण का उपयोग करती है।

•एल्युमीनियम नक़्क़ाशी: कम प्रतिरोध, आसान जमाव और नक़्क़ाशी के फायदे के साथ, चिप निर्माण के मध्य और पीछे के चरणों में एल्युमीनियम सबसे महत्वपूर्ण तार सामग्री है। एल्यूमीनियम नक़्क़ाशी आमतौर पर क्लोराइड गैस (जैसे कि सीएल 2) द्वारा उत्पन्न प्लाज्मा का उपयोग करती है। एल्युमीनियम क्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करके वाष्पशील एल्युमीनियम क्लोराइड (AlCl3) बनाता है। इसके अलावा, सामान्य नक़्क़ाशी सुनिश्चित करने के लिए एल्यूमीनियम की सतह पर ऑक्साइड परत को हटाने के लिए अन्य हैलाइड जैसे SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 आदि को जोड़ा जा सकता है।

• टंगस्टन नक़्क़ाशी: बहु-परत धातु तार इंटरकनेक्शन संरचनाओं में, टंगस्टन मुख्य धातु है जिसका उपयोग चिप के मध्य खंड इंटरकनेक्शन के लिए किया जाता है। फ्लोरीन-आधारित या क्लोरीन-आधारित गैसों का उपयोग धातु टंगस्टन को खोदने के लिए किया जा सकता है, लेकिन फ्लोरीन-आधारित गैसों में सिलिकॉन ऑक्साइड के लिए खराब चयनात्मकता होती है, जबकि क्लोरीन-आधारित गैसों (जैसे CCl4) में बेहतर चयनात्मकता होती है। उच्च नक़्क़ाशी गोंद चयनात्मकता प्राप्त करने के लिए आमतौर पर नाइट्रोजन को प्रतिक्रिया गैस में जोड़ा जाता है, और कार्बन जमाव को कम करने के लिए ऑक्सीजन जोड़ा जाता है। क्लोरीन-आधारित गैस के साथ टंगस्टन की नक़्क़ाशी से अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी और उच्च चयनात्मकता प्राप्त की जा सकती है। टंगस्टन की सूखी नक़्क़ाशी में उपयोग की जाने वाली गैसें मुख्य रूप से SF6, Ar और O2 हैं, जिनमें से SF6 को फ्लोरीन परमाणुओं और टंगस्टन को फ्लोराइड उत्पन्न करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए प्लाज्मा में विघटित किया जा सकता है।

• टाइटेनियम नाइट्राइड नक़्क़ाशी: टाइटेनियम नाइट्राइड, एक कठोर मास्क सामग्री के रूप में, दोहरी डैमैस्किन प्रक्रिया में पारंपरिक सिलिकॉन नाइट्राइड या ऑक्साइड मास्क की जगह लेता है। टाइटेनियम नाइट्राइड नक़्क़ाशी का उपयोग मुख्य रूप से हार्ड मास्क खोलने की प्रक्रिया में किया जाता है, और मुख्य प्रतिक्रिया उत्पाद TiCl4 है। पारंपरिक मास्क और लो-के ढांकता हुआ परत के बीच चयनात्मकता अधिक नहीं है, जिससे निम्न-के ढांकता हुआ परत के शीर्ष पर चाप के आकार की प्रोफ़ाइल दिखाई देगी और नक़्क़ाशी के बाद नाली की चौड़ाई का विस्तार होगा। जमा धातु लाइनों के बीच का अंतर बहुत छोटा है, जिससे पुल के रिसाव या सीधे टूटने का खतरा है।

2. इन्सुलेटर नक़्क़ाशी

इन्सुलेटर नक़्क़ाशी का उद्देश्य आमतौर पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड या सिलिकॉन नाइट्राइड जैसी ढांकता हुआ सामग्री होती है, जिसका व्यापक रूप से विभिन्न सर्किट परतों को जोड़ने के लिए संपर्क छेद और चैनल छेद बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। ढांकता हुआ नक़्क़ाशी आमतौर पर कैपेसिटिव युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी के सिद्धांत के आधार पर एक नक़्क़ाशी का उपयोग करती है।

• सिलिकॉन डाइऑक्साइड फिल्म की प्लाज्मा नक़्क़ाशी: सिलिकॉन डाइऑक्साइड फिल्म आमतौर पर फ्लोरीन युक्त नक़्क़ाशी गैसों, जैसे सीएफ 4, सीएचएफ 3, सी 2 एफ 6, एसएफ 6 और सी 3 एफ 8 का उपयोग करके बनाई जाती है। नक़्क़ाशी गैस में मौजूद कार्बन, ऑक्साइड परत में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके उपोत्पाद CO और CO2 का उत्पादन कर सकता है, जिससे ऑक्साइड परत में ऑक्सीजन निकल जाती है। CF4 सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली नक़्क़ाशी गैस है। जब CF4 उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों से टकराता है, तो विभिन्न आयन, रेडिकल, परमाणु और मुक्त रेडिकल उत्पन्न होते हैं। फ्लोरीन मुक्त कण SiO2 और Si के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करके वाष्पशील सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड (SiF4) का उत्पादन कर सकते हैं।

4. एकल क्रिस्टल सिलिकॉन नक़्क़ाशी

एकल क्रिस्टल सिलिकॉन नक़्क़ाशी का उपयोग मुख्य रूप से उथले ट्रेंच आइसोलेशन (एसटीआई) बनाने के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में आम तौर पर एक निर्णायक प्रक्रिया और एक मुख्य नक़्क़ाशी प्रक्रिया शामिल होती है। मजबूत आयन बमबारी और फ्लोरीन तत्वों की रासायनिक क्रिया के माध्यम से एकल क्रिस्टल सिलिकॉन की सतह पर ऑक्साइड परत को हटाने के लिए सफलता प्रक्रिया SiF4 और NF गैस का उपयोग करती है; मुख्य नक़्क़ाशी मुख्य नक़्क़ाशी के रूप में हाइड्रोजन ब्रोमाइड (HBr) का उपयोग करती है। प्लाज्मा वातावरण में HBr द्वारा विघटित ब्रोमीन रेडिकल्स सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करके वाष्पशील सिलिकॉन टेट्राब्रोमाइड (SiBr4) बनाते हैं, जिससे सिलिकॉन हट जाता है। एकल क्रिस्टल सिलिकॉन नक़्क़ाशी आमतौर पर एक प्रेरक युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी मशीन का उपयोग करती है।

5. पॉलीसिलिकॉन नक़्क़ाशी

पॉलीसिलिकॉन नक़्क़ाशी उन प्रमुख प्रक्रियाओं में से एक है जो ट्रांजिस्टर के गेट आकार को निर्धारित करती है, और गेट का आकार सीधे एकीकृत सर्किट के प्रदर्शन को प्रभावित करता है। पॉलीसिलिकॉन नक़्क़ाशी के लिए अच्छे चयनात्मकता अनुपात की आवश्यकता होती है। क्लोरीन (Cl2) जैसी हैलोजन गैसों का उपयोग आमतौर पर अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी प्राप्त करने के लिए किया जाता है, और इनका चयनात्मकता अनुपात अच्छा होता है (10:1 तक)। ब्रोमीन-आधारित गैसें जैसे हाइड्रोजन ब्रोमाइड (HBr) उच्च चयनात्मकता अनुपात (100:1 तक) प्राप्त कर सकती हैं। क्लोरीन और ऑक्सीजन के साथ एचबीआर का मिश्रण नक़्क़ाशी दर को बढ़ा सकता है। सुरक्षात्मक भूमिका निभाने के लिए हैलोजन गैस और सिलिकॉन के प्रतिक्रिया उत्पादों को साइडवॉल पर जमा किया जाता है। पॉलीसिलिकॉन नक़्क़ाशी आमतौर पर एक प्रेरक युग्मित प्लाज़्मा नक़्क़ाशी मशीन का उपयोग करती है।

चाहे वह कैपेसिटिव रूप से युग्मित प्लाज्मा नक़्क़ाशी हो या आगमनात्मक रूप से युग्मित प्लाज़्मा नक़्क़ाशी, प्रत्येक के अपने अनूठे फायदे और तकनीकी विशेषताएं हैं। एक उपयुक्त नक़्क़ाशी तकनीक का चयन न केवल उत्पादन क्षमता में सुधार कर सकता है, बल्कि अंतिम उत्पाद की उपज भी सुनिश्चित कर सकता है।