अर्धचालक निर्माण में, जहाँ फोटोलिथोग्राफी और एचिंग सबसे ज़्यादा इस्तेमाल की जाने वाली प्रक्रियाएँ हैं, वहीं एपिटैक्सियल या पतली फिल्म जमाव तकनीकें भी उतनी ही महत्वपूर्ण हैं। यह लेख चिप निर्माण में इस्तेमाल होने वाली कई सामान्य पतली फिल्म जमाव विधियों का परिचय देता है, जिनमें शामिल हैंएमओसीवीडी, मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग, औरपीईसीवीडी.
चिप निर्माण में पतली फिल्म प्रक्रियाएं क्यों आवश्यक हैं?
उदाहरण के लिए, एक सादे बेक्ड फ्लैटब्रेड की कल्पना कीजिए। अपने आप में, इसका स्वाद बेस्वाद हो सकता है। हालाँकि, इसकी सतह पर अलग-अलग सॉस लगाकर—जैसे नमकीन बीन पेस्ट या मीठा माल्ट सिरप—आप इसका स्वाद पूरी तरह से बदल सकते हैं। ये स्वाद बढ़ाने वाले लेप कुछ इस तरह हैं:पतली फिल्मेंअर्धचालक प्रक्रियाओं में, जबकि फ्लैटब्रेड स्वयं का प्रतिनिधित्व करता हैसब्सट्रेट.
चिप निर्माण में, पतली फिल्में अनेक कार्यात्मक भूमिकाएं निभाती हैं - इन्सुलेशन, चालकता, निष्क्रियता, प्रकाश अवशोषण, आदि - और प्रत्येक कार्य के लिए एक विशिष्ट निक्षेपण तकनीक की आवश्यकता होती है।
1. धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (एमओसीवीडी)
एमओसीवीडी एक अत्यधिक उन्नत और सटीक तकनीक है जिसका उपयोग उच्च-गुणवत्ता वाली अर्धचालक पतली फिल्मों और नैनो संरचनाओं के निक्षेपण के लिए किया जाता है। यह एलईडी, लेज़र और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उपकरणों के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
एमओसीवीडी प्रणाली के प्रमुख घटक:
- गैस वितरण प्रणाली
अभिक्रिया कक्ष में अभिकारकों के सटीक प्रवेश के लिए उत्तरदायी। इसमें निम्नलिखित का प्रवाह नियंत्रण शामिल है:
-
वाहक गैसें
-
धातु-कार्बनिक अग्रदूत
-
हाइड्राइड गैसें
इस प्रणाली में वृद्धि और शुद्धिकरण मोड के बीच स्विच करने के लिए बहु-मार्ग वाल्व की सुविधा है।
-
प्रतिक्रिया कक्ष
प्रणाली का हृदय जहाँ वास्तविक भौतिक विकास होता है। घटकों में शामिल हैं:-
ग्रेफाइट सुसेप्टर (सब्सट्रेट धारक)
-
हीटर और तापमान सेंसर
-
इन-सीटू निगरानी के लिए ऑप्टिकल पोर्ट
-
स्वचालित वेफर लोडिंग/अनलोडिंग के लिए रोबोटिक भुजाएँ
-
- विकास नियंत्रण प्रणाली
इसमें प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर और एक होस्ट कंप्यूटर शामिल हैं। ये पूरी जमाव प्रक्रिया के दौरान सटीक निगरानी और दोहराव सुनिश्चित करते हैं। -
इन-सीटू निगरानी
पाइरोमीटर और रिफ्लेक्टोमीटर जैसे उपकरण मापते हैं:-
फिल्म की मोटाई
-
सतह का तापमान
-
सब्सट्रेट वक्रता
ये वास्तविक समय पर फीडबैक और समायोजन को सक्षम बनाते हैं।
-
- निकास उपचार प्रणाली
सुरक्षा और पर्यावरण अनुपालन सुनिश्चित करने के लिए थर्मल अपघटन या रासायनिक उत्प्रेरण का उपयोग करके विषाक्त उपोत्पादों का उपचार किया जाता है।
बंद-युग्मित शावरहेड (सीसीएस) विन्यास:
ऊर्ध्वाधर एमओसीवीडी रिएक्टरों में, सीसीएस डिज़ाइन, शॉवरहेड संरचना में वैकल्पिक नोजल के माध्यम से गैसों को समान रूप से इंजेक्ट करने की अनुमति देता है। इससे समयपूर्व प्रतिक्रियाएँ कम होती हैं और समान मिश्रण में वृद्धि होती है।
-
घूर्णन ग्रेफाइट ससेप्टरइससे गैसों की सीमा परत को समरूप बनाने में मदद मिलती है, तथा वेफर में फिल्म की एकरूपता में सुधार होता है।
2. मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग एक भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) विधि है जिसका उपयोग व्यापक रूप से पतली फिल्मों और कोटिंग्स को जमा करने के लिए किया जाता है, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाशिकी और सिरेमिक में।
काम के सिद्धांत:
-
लक्ष्य सामग्री
जमा की जाने वाली स्रोत सामग्री - धातु, ऑक्साइड, नाइट्राइड, आदि - को कैथोड पर स्थिर किया जाता है। -
वैक्यूम चैंबर
संदूषण से बचने के लिए यह प्रक्रिया उच्च निर्वात में की जाती है। -
प्लाज्मा उत्पादन
एक अक्रिय गैस, आमतौर पर आर्गन, को आयनित करके प्लाज्मा बनाया जाता है। -
चुंबकीय क्षेत्र अनुप्रयोग
आयनीकरण दक्षता बढ़ाने के लिए चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को लक्ष्य के पास सीमित कर देता है। -
स्पटरिंग प्रक्रिया
आयन लक्ष्य पर बमबारी करते हैं, तथा कक्ष से होकर गुजरने वाले परमाणुओं को विस्थापित कर देते हैं तथा सब्सट्रेट पर जमा हो जाते हैं।
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग के लाभ:
-
एकसमान फिल्म जमावबड़े क्षेत्रों में.
-
जटिल यौगिकों को जमा करने की क्षमता, जिसमें मिश्र धातु और चीनी मिट्टी की चीज़ें शामिल हैं।
-
ट्यूनेबल प्रक्रिया पैरामीटरमोटाई, संरचना और सूक्ष्म संरचना के सटीक नियंत्रण के लिए।
-
उच्च फिल्म गुणवत्तामजबूत आसंजन और यांत्रिक शक्ति के साथ।
-
व्यापक सामग्री संगतताधातुओं से लेकर ऑक्साइड और नाइट्राइड तक।
-
निम्न-तापमान संचालन, तापमान-संवेदनशील सब्सट्रेट के लिए उपयुक्त।
3. प्लाज्मा-संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD)
PECVD का उपयोग व्यापक रूप से सिलिकॉन नाइट्राइड (SiNx), सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂) और अनाकार सिलिकॉन जैसी पतली फिल्मों के जमाव के लिए किया जाता है।
सिद्धांत:
पीईसीवीडी प्रणाली में, पूर्ववर्ती गैसों को एक निर्वात कक्ष में प्रवेश कराया जाता है, जहांचमक निर्वहन प्लाज्माका उपयोग करके उत्पन्न किया जाता है:
-
आरएफ उत्तेजना
-
डीसी उच्च वोल्टेज
-
माइक्रोवेव या स्पंदित स्रोत
प्लाज्मा गैस-चरण प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करता है, जिससे प्रतिक्रियाशील प्रजातियां उत्पन्न होती हैं जो सब्सट्रेट पर जमा होकर एक पतली फिल्म बनाती हैं।
निक्षेपण चरण:
-
प्लाज्मा निर्माण
विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों से उत्तेजित होकर, पूर्ववर्ती गैसें आयनित होकर प्रतिक्रियाशील मूलक और आयन बनाती हैं। -
प्रतिक्रिया और परिवहन
ये प्रजातियाँ सब्सट्रेट की ओर बढ़ने पर द्वितीयक प्रतिक्रियाओं से गुजरती हैं। -
सतही प्रतिक्रिया
सब्सट्रेट पर पहुँचकर, वे अवशोषित हो जाते हैं, प्रतिक्रिया करते हैं और एक ठोस फिल्म बनाते हैं। कुछ उप-उत्पाद गैसों के रूप में निकलते हैं।
पीईसीवीडी लाभ:
-
उत्कृष्ट एकरूपताफिल्म संरचना और मोटाई में.
-
मजबूत आसंजनयहां तक कि अपेक्षाकृत कम जमाव तापमान पर भी।
-
उच्च जमा दरेंजिससे यह औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त हो जाता है।
4. पतली फिल्म लक्षण वर्णन तकनीक
गुणवत्ता नियंत्रण के लिए पतली फिल्मों के गुणों को समझना ज़रूरी है। सामान्य तकनीकों में शामिल हैं:
(1) एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी)
-
उद्देश्यक्रिस्टल संरचनाओं, जालक स्थिरांकों और अभिविन्यासों का विश्लेषण करें।
-
सिद्धांतब्रैग के नियम के आधार पर, यह मापता है कि क्रिस्टलीय पदार्थ के माध्यम से एक्स-रे किस प्रकार विवर्तित होते हैं।
-
अनुप्रयोग: क्रिस्टलोग्राफी, चरण विश्लेषण, तनाव माप, और पतली फिल्म मूल्यांकन।
(2) स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM)
-
उद्देश्य: सतह की आकृति विज्ञान और सूक्ष्म संरचना का निरीक्षण करें।
-
सिद्धांत: नमूने की सतह को स्कैन करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन किरण का उपयोग करता है। पता लगाए गए संकेत (जैसे, द्वितीयक और पश्च-प्रकीर्णित इलेक्ट्रॉन) सतह के विवरण प्रकट करते हैं।
-
अनुप्रयोग: सामग्री विज्ञान, नैनोटेक, जीवविज्ञान, और विफलता विश्लेषण।
(3) परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम)
-
उद्देश्य: परमाणु या नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन पर छवि सतहें।
-
सिद्धांत: एक तीक्ष्ण जांच निरंतर अंतःक्रिया बल को बनाए रखते हुए सतह को स्कैन करती है; ऊर्ध्वाधर विस्थापन एक 3D स्थलाकृति उत्पन्न करता है।
-
अनुप्रयोग: नैनोसंरचना अनुसंधान, सतह खुरदरापन माप, जैवआणविक अध्ययन।
पोस्ट करने का समय: 25 जून 2025