पातळ फिल्म डिपॉझिशन तंत्रांचा एक व्यापक आढावा: MOCVD, मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग आणि PECVD

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये, फोटोलिथोग्राफी आणि एचिंग हे सर्वात जास्त वेळा उल्लेख केलेल्या प्रक्रिया आहेत, तर एपिटॅक्सियल किंवा थिन फिल्म डिपॉझिशन तंत्रे देखील तितकीच महत्त्वाची आहेत. हा लेख चिप फॅब्रिकेशनमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या अनेक सामान्य थिन फिल्म डिपॉझिशन पद्धतींचा परिचय करून देतो, ज्यामध्येएमओसीव्हीडी, मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग, आणिपीईसीव्हीडी.

चिप उत्पादनात पातळ फिल्म प्रक्रिया का आवश्यक आहेत?

उदाहरणार्थ, एका साध्या भाजलेल्या फ्लॅटब्रेडची कल्पना करा. स्वतःहून, त्याची चव मंद असू शकते. तथापि, पृष्ठभागावर वेगवेगळ्या सॉसने ब्रश करून - जसे की चवदार बीन पेस्ट किंवा गोड माल्ट सिरप - तुम्ही त्याची चव पूर्णपणे बदलू शकता. हे चव वाढवणारे कोटिंग्ज सारखेच आहेतपातळ फिल्म्सअर्धवाहक प्रक्रियांमध्ये, तर फ्लॅटब्रेड स्वतःच प्रतिनिधित्व करतेथर.

चिप फॅब्रिकेशनमध्ये, पातळ फिल्म्स अनेक कार्यात्मक भूमिका बजावतात - इन्सुलेशन, चालकता, निष्क्रियता, प्रकाश शोषण इ. - आणि प्रत्येक कार्यासाठी विशिष्ट निक्षेपण तंत्राची आवश्यकता असते.

१. धातू-सेंद्रिय रासायनिक वाष्प निक्षेपण (MOCVD)

MOCVD ही एक अत्यंत प्रगत आणि अचूक तंत्र आहे जी उच्च-गुणवत्तेच्या अर्धवाहक पातळ फिल्म आणि नॅनोस्ट्रक्चर्सच्या जमा करण्यासाठी वापरली जाते. LEDs, लेसर आणि पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स सारख्या उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये ते महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते.

MOCVD प्रणालीचे प्रमुख घटक:

• गॅस वितरण प्रणाली
  अभिक्रिया कक्षेत अभिक्रियाकांच्या अचूक प्रवेशासाठी जबाबदार. यामध्ये प्रवाह नियंत्रण समाविष्ट आहे:

• वाहक वायू

• धातू-सेंद्रिय पूर्वसूचक

• हायड्राइड वायू
  या प्रणालीमध्ये ग्रोथ आणि पर्ज मोडमध्ये स्विच करण्यासाठी मल्टी-वे व्हॉल्व्ह आहेत.

• प्रतिक्रिया कक्ष
  ज्या प्रणालीचे हृदय प्रत्यक्ष भौतिक वाढ होते. घटकांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

  • ग्रेफाइट ससेप्टर (सबस्ट्रेट धारक)

  • हीटर आणि तापमान सेन्सर्स

  • इन-सीटू मॉनिटरिंगसाठी ऑप्टिकल पोर्ट

  • स्वयंचलित वेफर लोडिंग/अनलोडिंगसाठी रोबोटिक आर्म्स

• वाढ नियंत्रण प्रणाली
  प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर्स आणि होस्ट संगणक यांचा समावेश आहे. हे डिपॉझिशन प्रक्रियेदरम्यान अचूक देखरेख आणि पुनरावृत्तीक्षमता सुनिश्चित करतात.

• इन-सीटू मॉनिटरिंग
  पायरोमीटर आणि रिफ्लेक्टोमीटर सारखी साधने मोजतात:

  • फिल्मची जाडी

  • पृष्ठभागाचे तापमान

  • सब्सट्रेट वक्रता
    हे रिअल-टाइम अभिप्राय आणि समायोजन सक्षम करतात.

• एक्झॉस्ट ट्रीटमेंट सिस्टम
  सुरक्षितता आणि पर्यावरणीय अनुपालन सुनिश्चित करण्यासाठी थर्मल विघटन किंवा रासायनिक उत्प्रेरक वापरून विषारी उप-उत्पादनांवर प्रक्रिया करते.

बंद-जोडलेले शॉवरहेड (CCS) कॉन्फिगरेशन:

उभ्या MOCVD अणुभट्ट्यांमध्ये, CCS डिझाइनमुळे शॉवरहेड रचनेत पर्यायी नोझलद्वारे वायूंना एकसमानपणे इंजेक्ट करता येते. यामुळे अकाली प्रतिक्रिया कमी होतात आणि एकसमान मिश्रण वाढते.

• दफिरणारा ग्रेफाइट संवेदी यंत्रवायूंच्या सीमा थराला एकसंध बनविण्यास मदत होते, ज्यामुळे वेफरमध्ये फिल्म एकरूपता सुधारते.

२. मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग

मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग ही एक भौतिक वाष्प निक्षेपण (PVD) पद्धत आहे जी पातळ फिल्म आणि कोटिंग्ज जमा करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते, विशेषतः इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑप्टिक्स आणि सिरेमिक्समध्ये.

कामाचे तत्व:

1. लक्ष्य साहित्य
   जमा करावयाचा स्रोत पदार्थ - धातू, ऑक्साईड, नायट्राइड, इ. - कॅथोडवर निश्चित केला जातो.

2. व्हॅक्यूम चेंबर
   दूषितता टाळण्यासाठी ही प्रक्रिया उच्च व्हॅक्यूम अंतर्गत केली जाते.

3. प्लाझ्मा निर्मिती
   एक निष्क्रिय वायू, सामान्यतः आर्गॉन, प्लाझ्मा तयार करण्यासाठी आयनीकृत केला जातो.

4. चुंबकीय क्षेत्र अनुप्रयोग
   आयनीकरण कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनांना लक्ष्याजवळ मर्यादित करते.

5. थुंकण्याची प्रक्रिया
   आयन लक्ष्यावर भडिमार करतात, चेंबरमधून प्रवास करणारे आणि सब्सट्रेटवर जमा होणारे अणू बाहेर काढतात.

मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंगचे फायदे:

• एकसमान फिल्म डिपॉझिशनमोठ्या क्षेत्रांमध्ये.

• जटिल संयुगे जमा करण्याची क्षमता, मिश्रधातू आणि सिरेमिकसह.

• ट्यून करण्यायोग्य प्रक्रिया पॅरामीटर्सजाडी, रचना आणि सूक्ष्म रचना यांच्या अचूक नियंत्रणासाठी.

• उच्च फिल्म गुणवत्तामजबूत आसंजन आणि यांत्रिक शक्तीसह.

• विस्तृत साहित्य सुसंगतता, धातूंपासून ऑक्साईड आणि नायट्राइड्सपर्यंत.

• कमी-तापमानाचे ऑपरेशन, तापमान-संवेदनशील सब्सट्रेट्ससाठी योग्य.

३. प्लाझ्मा-एनहान्स्ड केमिकल व्हेपर डिपोझिशन (PECVD)

सिलिकॉन नायट्राइड (SiNx), सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO₂) आणि अनाकार सिलिकॉन सारख्या पातळ थरांच्या संचयनासाठी PECVD चा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.

तत्व:

PECVD प्रणालीमध्ये, पूर्वसूचक वायू व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये आणले जातात जिथे aग्लो डिस्चार्ज प्लाझ्मावापरून तयार केले जाते:

• आरएफ उत्तेजना

• डीसी उच्च व्होल्टेज

• मायक्रोवेव्ह किंवा स्पंदित स्रोत

प्लाझ्मा गॅस-फेज अभिक्रियांना सक्रिय करते, प्रतिक्रियाशील प्रजाती निर्माण करते ज्या सब्सट्रेटवर जमा होऊन पातळ थर तयार करतात.

जमा करण्याचे टप्पे:

1. प्लाझ्मा निर्मिती
   इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डमुळे उत्तेजित होऊन, पूर्ववर्ती वायू आयनीकरण होऊन प्रतिक्रियाशील रॅडिकल्स आणि आयन तयार करतात.

2. प्रतिक्रिया आणि वाहतूक
   या प्रजाती सब्सट्रेटकडे जाताना दुय्यम प्रतिक्रिया अनुभवतात.

3. पृष्ठभाग अभिक्रिया
   थरापर्यंत पोहोचल्यानंतर, ते शोषून घेतात, प्रतिक्रिया देतात आणि एक घन थर तयार करतात. काही उप-उत्पादने वायू म्हणून सोडली जातात.

PECVD चे फायदे:

• उत्कृष्ट एकरूपताचित्रपटाची रचना आणि जाडी यामध्ये.

• मजबूत आसंजनअगदी तुलनेने कमी निक्षेपण तापमानातही.

• उच्च ठेव दर, ज्यामुळे ते औद्योगिक स्तरावरील उत्पादनासाठी योग्य बनते.

४. पातळ फिल्म व्यक्तिचित्रण तंत्रे

गुणवत्ता नियंत्रणासाठी पातळ फिल्म्सचे गुणधर्म समजून घेणे आवश्यक आहे. सामान्य तंत्रांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

(१) एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD)

• उद्देश: क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स, लॅटिस कॉन्स्टंट्स आणि ओरिएंटेशन्सचे विश्लेषण करा.

• तत्व: ब्रॅगच्या नियमावर आधारित, स्फटिकासारखे पदार्थ वापरून क्ष-किरण कसे विचलित होतात हे मोजते.

• अर्ज: क्रिस्टलोग्राफी, फेज विश्लेषण, स्ट्रेन मापन आणि पातळ फिल्म मूल्यांकन.

(२) स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM)

• उद्देश: पृष्ठभागाचे आकारविज्ञान आणि सूक्ष्म रचना यांचे निरीक्षण करा.

• तत्व: नमुना पृष्ठभाग स्कॅन करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन बीम वापरतो. शोधलेले सिग्नल (उदा., दुय्यम आणि बॅकस्कॅटर्ड इलेक्ट्रॉन) पृष्ठभागाचे तपशील प्रकट करतात.

• अर्ज: पदार्थ विज्ञान, नॅनोटेक, जीवशास्त्र आणि अपयश विश्लेषण.

(३) अणुबल बल सूक्ष्मदर्शक (AFM)

• उद्देश: अणु किंवा नॅनोमीटर रिझोल्यूशनवर प्रतिमा पृष्ठभागावर येते.

• तत्व: एक तीक्ष्ण प्रोब सतत परस्परसंवाद बल राखत पृष्ठभागाचे स्कॅन करते; उभ्या विस्थापनांमुळे त्रिमितीय भूगोल निर्माण होतो.

• अर्ज: नॅनोस्ट्रक्चर संशोधन, पृष्ठभागाच्या खडबडीतपणाचे मापन, जैव आण्विक अभ्यास.