चिप विनिर्माण में फ्रंट-एंड प्रक्रियाः पतली फिल्म अवशेष

चिप निर्माण में फ्रंट-एंड प्रक्रिया: पतली फिल्म जमाव

इंटीग्रेटेड सर्किट कई जटिल और परिष्कृत निर्माण चरणों से बने होते हैं, जिनमें से पतली फिल्म जमाव सबसे महत्वपूर्ण तकनीकों में से एक है। पतली फिल्म जमाव का उद्देश्य सेमीकंडक्टर उपकरणों में बहुपरत स्टैक बनाना और धातु की परतों के बीच इन्सुलेशन सुनिश्चित करना है। कई संवाहक धातु परतें और डाइइलेक्ट्रिक इन्सुलेटिंग परतें वैकल्पिक रूप से वेफर की सतह पर जमा की जाती हैं। फिर इन्हें 3D संरचना बनाने के लिए बार-बार नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के माध्यम से चुनिंदा रूप से हटाया जाता है।

पतला शब्द आमतौर पर 1 माइक्रोन से कम मोटाई वाली फिल्मों को संदर्भित करता है, जिन्हें पारंपरिक यांत्रिक मशीनिंग द्वारा उत्पादित नहीं किया जा सकता है। इन आणविक या परमाणु फिल्मों को वेफर की सतह पर जोड़ने की प्रक्रिया को जमाव कहा जाता है।

 

अंतर्निहित सिद्धांत के आधार पर, पतली फिल्म जमाव तकनीकों को आमतौर पर वर्गीकृत किया जाता है:

• रासायनिक वाष्प जमाव (CVD)

• भौतिक वाष्प जमाव (PVD)

• परमाणु परत जमाव (ALD)

जैसे-जैसे पतली फिल्म तकनीक विकसित हुई है, वेफर निर्माण के विभिन्न चरणों की सेवा के लिए विभिन्न जमाव प्रणालियाँ सामने आई हैं।

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▌भौतिक वाष्प जमाव (PVD)

PVD वैक्यूम-आधारित प्रक्रियाओं के एक समूह को संदर्भित करता है जो लक्ष्य सामग्री (ठोस या तरल) को परमाणुओं या अणुओं में वाष्पित करने, या आंशिक रूप से आयनित करने और कार्यात्मक फिल्मों को सब्सट्रेट पर जमा करने के लिए कम दबाव वाली गैस या प्लाज्मा के माध्यम से उनका परिवहन करने के लिए भौतिक साधनों का उपयोग करता है।

सामान्य PVD विधियों में शामिल हैं:

• वाष्पीकरण जमाव

• स्पटर जमाव

• आर्क प्लाज्मा जमाव

• आयन प्लेटिंग

• आणविक बीम एपिटैक्सी (MBE)

PVD की विशेषताएँ हैं:

• उच्च फिल्म शुद्धता

• स्थिर फिल्म गुणवत्ता

• कम प्रसंस्करण तापमान

• उच्च जमाव दरें

• अपेक्षाकृत कम विनिर्माण लागत

PVD का उपयोग मुख्य रूप से धातु की फिल्मों को जमा करने के लिए किया जाता है, और इन्सुलेटिंग फिल्मों के लिए उपयुक्त नहीं है। इसका कारण यह है कि जब धनात्मक आयन एक इन्सुलेटिंग लक्ष्य पर बमबारी करते हैं, तो वे लक्ष्य की सतह पर गतिज ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं, लेकिन धनात्मक आयन स्वयं सतह पर जमा हो जाते हैं। यह चार्ज बिल्डअप एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है जो आने वाले आयनों को पीछे हटाता है और अंततः स्पटरिंग प्रक्रिया को रोक देता है।

● वैक्यूम वाष्पीकरण

वैक्यूम वातावरण में, लक्ष्य सामग्री को गर्म किया जाता है और वाष्पित किया जाता है। परमाणु या अणु सतह से वाष्पित हो जाते हैं और सब्सट्रेट पर जमा होने के लिए वैक्यूम के माध्यम से न्यूनतम टकराव के साथ यात्रा करते हैं। सामान्य ताप विधियों में शामिल हैं:

• प्रतिरोधी ताप

• उच्च आवृत्ति प्रेरण

• इलेक्ट्रॉन बीम, लेजर बीम, या आयन बीम बमबारी

● स्पटर जमाव

वैक्यूम में, उच्च-ऊर्जा कण (आमतौर पर Ar⁺ आयन) लक्ष्य की सतह पर बमबारी करते हैं, जिससे परमाणु बाहर निकल जाते हैं और सब्सट्रेट पर जमा हो जाते हैं।

● आयन प्लेटिंग

आयन प्लेटिंग कोटिंग सामग्री को आयनों और उच्च-ऊर्जा तटस्थ परमाणुओं में आयनित करने के लिए प्लाज्मा का उपयोग करता है। सब्सट्रेट पर एक नकारात्मक पूर्वाग्रह लागू किया जाता है, जो आयनों को जमा करने और एक पतली फिल्म बनाने के लिए आकर्षित करता है।

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▌रासायनिक वाष्प जमाव (CVD)

CVD पतली फिल्मों को जमा करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करता है। अभिकारक गैसों को एक प्रतिक्रिया कक्ष में पेश किया जाता है और गर्मी, प्लाज्मा या प्रकाश का उपयोग करके सक्रिय किया जाता है। ये गैसें सब्सट्रेट पर वांछित ठोस फिल्म बनाने के लिए रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करती हैं, जबकि उप-उत्पादों को कक्ष से बाहर निकाल दिया जाता है।

CVD में स्थितियों के आधार पर कई प्रकार शामिल हैं:

• वायुमंडलीय दबाव CVD (APCVD)

• कम दबाव CVD (LPCVD)

• प्लाज्मा एन्हांस्ड CVD (PECVD)

• उच्च घनत्व PECVD (HDPECVD)

• धातु-ऑर्गेनिक CVD (MOCVD)

• परमाणु परत जमाव (ALD)

CVD फिल्में आमतौर पर प्रदर्शित होती हैं:

• उच्च शुद्धता

• बेहतर प्रदर्शन
  यह चिप निर्माण में धातु, डाइइलेक्ट्रिक और सेमीकंडक्टर फिल्मों के निर्माण के लिए मुख्यधारा की विधि है।

● APCVD

वायुमंडलीय दबाव और 400–800 °C पर किया जाता है, जिसका उपयोग इस तरह की फिल्में बनाने के लिए किया जाता है:

• एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन

• पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन

• सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂)

• डोप्ड SiO₂

● LPCVD

>90nm प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है:

• SiO₂, PSG/BPSG

• सिलिकॉन नाइट्राइड (Si₃N₄)

• पॉलीसिलिकॉन

● PECVD

डाइइलेक्ट्रिक और सेमीकंडक्टर सामग्री जमा करने के लिए 28–90 nm नोड्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
लाभ:

• कम जमाव तापमान

• उच्च फिल्म घनत्व और शुद्धता

• तेज़ जमाव दरें
  PECVD सिस्टम APCVD और LPCVD की तुलना में फैब में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले पतली फिल्म उपकरण बन गए हैं।

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▌परमाणु परत जमाव (ALD)

ALD CVD का एक विशेष प्रकार है जो स्व-सीमित सतह प्रतिक्रियाओं के माध्यम से एक समय में एक परमाणु परत जमा करके अल्ट्रा-पतली फिल्म वृद्धि को सक्षम बनाता है।

पारंपरिक CVD के विपरीत, ALD अग्रदूत दालों को बदलता है। प्रत्येक परत पिछली जमा परत के साथ एक क्रमिक सतह प्रतिक्रिया द्वारा बनाई जाती है। यह सक्षम करता है:

• परमाणु-पैमाने पर मोटाई नियंत्रण

• अनुरूप कवरेज

• पिनहोल-मुक्त फिल्में

ALD जमाव का समर्थन करता है:

• धातु

• ऑक्साइड

• कार्बाइड, नाइट्राइड, सल्फाइड, सिलिसाइड

• सेमीकंडक्टर और सुपरकंडक्टर

जैसे-जैसे एकीकरण घनत्व बढ़ता है और डिवाइस का आकार घटता है, उच्च-k डाइइलेक्ट्रिक्स ट्रांजिस्टर गेट्स में SiO₂ की जगह ले रहे हैं। ALD का उत्कृष्ट चरण कवरेज और सटीक मोटाई नियंत्रण इसे उन्नत डिवाइस निर्माण के लिए आदर्श बनाता है और इसे अत्याधुनिक चिप उत्पादन में तेजी से अपनाया जा रहा है।

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▌जमाव तकनीकों की तुलना

● फिल्म जमाव प्रदर्शन

(यहां आप अनुरूपता, मोटाई नियंत्रण, चरण कवरेज आदि की एक तुलनात्मक तालिका सम्मिलित कर सकते हैं।)

 

● तकनीक और अनुप्रयोग

(PVD बनाम CVD बनाम ALD उपयोग मामलों को दर्शाने वाली तालिका डालें)

 

● उपकरण और क्षमताएं

(जमाव दरों, तापमान, एकरूपता, लागतों की तुलना करने वाली तालिका डालें)

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निष्कर्ष

पतली फिल्म जमाव तकनीकों की प्रगति सेमीकंडक्टर उद्योग के निरंतर विकास के लिए आवश्यक है। ये प्रक्रियाएं अधिक विविध और विशिष्ट होती जा रही हैं, जिससे एकीकृत सर्किट निर्माण में और अधिक नवाचार और परिष्करण हो रहा है।