पूर्ण सेमीकन्डक्टर उपकरण निर्माण प्रक्रिया बुझ्दै

1. फोटोलिथोग्राफी 

फोटोलिथोग्राफी, प्राय: ढाँचा उत्पादनको पर्यायवाची, अर्धचालक टेक्नोलोजीको द्रुत विकासको पछाडि सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण ड्राइभिङ फोर्सहरू मध्ये एक हो, मुद्रणमा फोटोग्राफिक प्लेट बनाउने प्रक्रियाहरूबाट उत्पन्न हुन्छ। यो प्रविधिले माइक्रो वा न्यानो-स्केलमा कुनै पनि ढाँचाको प्रस्तुतीकरणलाई अनुमति दिन्छ। photoresist, र जब अन्य प्रक्रिया प्रविधिहरूसँग जोडिन्छ, यी ढाँचाहरूलाई सामग्रीमा स्थानान्तरण गर्दछ, विभिन्न डिजाइनहरू र अर्धचालक सामग्री र उपकरणहरूको अवधारणाहरू महसुस गर्दै। फोटोलिथोग्राफीमा प्रयोग गरिएको प्रकाश स्रोतले पराबैंगनी, गहिरो पराबैंगनी, एक्स-रे, र इलेक्ट्रोन बीमहरू सम्मका विकल्पहरू सहित, ढाँचाको शुद्धतालाई प्रत्यक्ष रूपमा प्रभाव पार्छ, प्रत्येक उल्लेख गरिएको क्रममा ढाँचाको निष्ठाको बढ्दो स्तरहरूसँग सम्बन्धित छ।

एक मानक फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया प्रवाहमा सतह तयारी, आसंजन, सफ्ट बेक, एक्सपोजर, पोस्ट-एक्सपोजर बेक, विकास, कडा बेक, र निरीक्षण समावेश छ।

सतह उपचार अत्यावश्यक छ किनकि सब्सट्रेटहरूले सामान्यतया हावाबाट H2O अणुहरू अवशोषित गर्दछ, जुन फोटोलिथोग्राफीको लागि हानिकारक हुन्छ। तसर्थ, सब्सट्रेटहरू सुरुमा बेकिंग मार्फत निर्जलीकरण प्रक्रियाबाट गुज्रिन्छन्।

हाइड्रोफिलिक सब्सट्रेटहरूका लागि, हाइड्रोफोबिक फोटोरेसिस्टमा तिनीहरूको आसंजन अपर्याप्त छ, सम्भावित रूपमा फोटोरेसिस्ट डिटेचमेन्ट वा ढाँचा मिसाइलाइनमेन्टको कारणले गर्दा, आसंजन प्रमोटरको आवश्यकता पर्दछ। हाल, हेक्सामेथाइल डिसिलाजेन (एचएमडीएस) र ट्राइ-मिथाइल-सिलिल-डाइथाइल-अमाइन (TMSDEA) व्यापक रूपमा आसंजन वृद्धि गर्नेहरू प्रयोग गरिन्छ।

सतह उपचार पछि, photoresist को आवेदन सुरु हुन्छ। लागू गरिएको फोटोरेसिस्टको मोटाई यसको चिपचिपापनसँग मात्र सम्बन्धित छैन तर स्पिन-कोटिंग गतिले पनि प्रभावित हुन्छ, सामान्यतया स्पिन गतिको वर्गमूलको विपरीत समानुपातिक। कोटिंग पछि, फोटोरेसिस्टबाट विलायक वाष्पीकरण गर्न नरम बेक गरिन्छ, प्रीबेक भनेर चिनिने प्रक्रियामा आसंजन सुधार गर्दछ।

यी चरणहरू पूरा भएपछि, एक्सपोजर हुन्छ। फोटोरेसिस्टहरू एक्सपोजर पछि विपरीत गुणहरूको साथ सकारात्मक वा नकारात्मक रूपमा वर्गीकृत गरिन्छ।

उदाहरणको रूपमा सकारात्मक फोटोरेसिस्ट लिनुहोस्, जहाँ अनएक्सपोज्ड फोटोरेसिस्ट विकासकर्तामा अघुलनशील हुन्छ, तर एक्सपोजर पछि घुलनशील हुन्छ। एक्सपोजरको समयमा, प्रकाशको स्रोत, ढाँचाको मास्कबाट गुज्र्दै, लेपित सब्सट्रेटलाई उज्यालो बनाउँछ, फोटोरेसिस्टलाई ढाँचा बनाउँछ। सामान्यतया, एक्सपोजर स्थिति ठीकसँग नियन्त्रण गर्न एक्सपोजर अघि सब्सट्रेट मास्कसँग पङ्क्तिबद्ध हुनुपर्छ। ढाँचा विकृति रोक्नको लागि एक्सपोजर अवधि कडाईका साथ व्यवस्थित गरिनु पर्छ। पोस्ट-एक्सपोजर, स्ट्यान्डिंग वेभ प्रभावहरू कम गर्न अतिरिक्त बेकिंग आवश्यक हुन सक्छ, यद्यपि यो चरण वैकल्पिक हो र प्रत्यक्ष विकासको पक्षमा बाइपास गर्न सकिन्छ। विकासले एक्सपोज गरिएको फोटोरेसिस्टलाई भंग गर्छ, मास्कको ढाँचालाई फोटोरेसिस्ट तहमा सही रूपमा स्थानान्तरण गर्दछ। विकास समय पनि महत्त्वपूर्ण छ - धेरै छोटो अपूर्ण विकासको लागि नेतृत्व गर्दछ, धेरै लामो ढाँचा विकृति निम्त्याउँछ।

पछि, कडा बेकिंगले सब्सट्रेटमा फोटोरेसिस्ट फिल्मको संलग्नतालाई बलियो बनाउँछ र यसको नक्काशी प्रतिरोध सुधार गर्दछ। कडा बेक तापमान सामान्यतया prebake को भन्दा अलि बढी छ।

अन्तमा, माइक्रोस्कोपिक निरीक्षणले ढाँचा अपेक्षाहरूसँग मिल्छ भने प्रमाणित गर्दछ। ढाँचालाई अन्य प्रक्रियाहरूद्वारा सामग्रीमा स्थानान्तरण गरिसकेपछि, फोटोरेसिस्टले यसको उद्देश्य पूरा गरेको छ र हटाउनै पर्छ। स्ट्रिपिङ विधिहरूमा भिजेको (एसीटोन जस्ता बलियो जैविक विलायकहरू प्रयोग गरेर) र सुख्खा (फिल्मलाई खोकाउन अक्सिजन प्लाज्मा प्रयोग गरेर) समावेश हुन्छ।

2. डोपिङ प्रविधिहरू 

सेमीकन्डक्टर टेक्नोलोजीमा डोपिङ अपरिहार्य छ, आवश्यकता अनुसार अर्धचालक सामग्रीहरूको विद्युतीय गुणहरू परिवर्तन गर्दै। सामान्य डोपिङ विधिहरूमा थर्मल प्रसार र आयन प्रत्यारोपण समावेश छ।

(1) आयन प्रत्यारोपण 

आयन इम्प्लान्टेशनले अर्धचालक सब्सट्रेटलाई उच्च-ऊर्जा आयनहरूसँग बमबारी गरेर डोप गर्छ। थर्मल प्रसारको तुलनामा, यसमा धेरै फाइदाहरू छन्। आयनहरू, मास विश्लेषक द्वारा चयन गरिएको, उच्च डोपिङ शुद्धता सुनिश्चित गर्दछ। इम्प्लान्टेशन भरि, सब्सट्रेट कोठाको तापक्रममा वा थोरै माथि रहन्छ। धेरै मास्किङ फिल्महरू प्रयोग गर्न सकिन्छ, जस्तै सिलिकन डाइअक्साइड (SiO2), सिलिकन नाइट्राइड (Si3N4), र फोटोरेसिस्ट, स्व-पङ्क्तिबद्ध मास्क प्रविधिहरूसँग उच्च लचिलोपन प्रदान गर्दै। इम्प्लान्ट डोजहरू ठीकसँग नियन्त्रण गरिन्छ, र प्रत्यारोपण गरिएको अशुद्धता आयन वितरण एउटै प्लेन भित्र एकसमान हुन्छ, उच्च पुनरावृत्तिको परिणामस्वरूप।

प्रत्यारोपण गहिराई आयन को ऊर्जा द्वारा निर्धारण गरिन्छ। ऊर्जा र खुराक विनियमित गरेर, सब्सट्रेट पोस्ट-इम्प्लान्टेशनमा अशुद्धता आयनहरूको वितरणलाई हेरफेर गर्न सकिन्छ। विभिन्न अशुद्धता प्रोफाइलहरू प्राप्त गर्न विभिन्न योजनाहरूको साथ बहु प्रत्यारोपणहरू लगातार प्रदर्शन गर्न सकिन्छ। विशेष रूपमा, एकल-क्रिस्टल सब्सट्रेटहरूमा, यदि इम्प्लान्टेशन दिशा क्रिस्टलोग्राफिक दिशासँग समानान्तर छ भने, च्यानलिङ प्रभावहरू देखा पर्दछ - केही आयनहरू च्यानलहरूमा यात्रा गर्नेछन्, गहिराइ नियन्त्रण चुनौतीपूर्ण बनाउँदै।

च्यानलिङ रोक्नको लागि, प्रत्यारोपण सामान्यतया एकल-क्रिस्टल सब्सट्रेटको प्रमुख अक्षमा लगभग 7° कोणमा वा अनाकार तहले सब्सट्रेटलाई छोपेर सञ्चालन गरिन्छ।

यद्यपि, आयन प्रत्यारोपणले सब्सट्रेटको क्रिस्टल संरचनालाई उल्लेखनीय रूपमा क्षति पुर्‍याउन सक्छ। उच्च-ऊर्जा आयनहरू, टक्करमा, सब्सट्रेटको न्यूक्ली र इलेक्ट्रोनहरूमा ऊर्जा स्थानान्तरण गर्दछ, जसले तिनीहरूलाई जाली छोड्न र अन्तर्स्थित-रिक्तता दोष जोडीहरू बनाउँदछ। गम्भीर अवस्थाहरूमा, केही क्षेत्रहरूमा क्रिस्टल संरचना नष्ट हुन सक्छ, अनाकार क्षेत्रहरू बनाउँछ।

जाली क्षतिले सेमीकन्डक्टर सामग्रीको विद्युतीय गुणहरूलाई धेरै असर गर्छ, जस्तै वाहक गतिशीलता वा गैर-संतुलन वाहकहरूको जीवनकाल। सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण कुरा, प्रत्यारोपित अशुद्धताहरूको बहुमतले अनियमित मध्यवर्ती साइटहरू ओगटेको छ, प्रभावकारी डोपिङ बनाउन असफल। तसर्थ, प्रत्यारोपण पछि जाली क्षति मर्मत र अशुद्धता को विद्युत सक्रियता आवश्यक छ।

(२)द्रुत थर्मल प्रोसेसिंग (RTP)

 थर्मल एनिलिङ आयन इम्प्लान्टेशन र विद्युतीय रूपमा सक्रिय गर्ने अशुद्धताहरूबाट हुने जालीको क्षतिलाई परिमार्जन गर्न सबैभन्दा प्रभावकारी विधि हो। उच्च तापक्रममा, सब्सट्रेटको क्रिस्टल जालीमा इन्टरस्टिसियल-भ्याकेन्सी दोष जोडीहरू पुन: संयोजित र गायब हुनेछन्; अमोर्फस क्षेत्रहरू पनि ठोस-चरण एपिटेक्सी मार्फत एकल-क्रिस्टल क्षेत्रहरूको साथ सीमाबाट पुन: स्थापना हुनेछ। सब्सट्रेट सामग्रीलाई उच्च तापक्रममा अक्सिडाइज हुनबाट रोक्नको लागि, थर्मल एनिलिङ भ्याकुम वा निष्क्रिय ग्यास वातावरणमा सञ्चालन गर्नुपर्छ। परम्परागत एनिलिङले लामो समय लिन्छ र प्रसारको कारणले महत्त्वपूर्ण अशुद्धता पुन: वितरण हुन सक्छ।

को आगमनRTP प्रविधियस मुद्दालाई सम्बोधन गर्दछ, ठूलो मात्रामा जाली क्षति मर्मत र अशुद्धता सक्रियता छोटो एनेलिङ अवधि भित्र पूरा गर्दै।

गर्मी स्रोत मा निर्भर गर्दछ,RTPधेरै प्रकारमा वर्गीकृत गरिएको छ: इलेक्ट्रोन बीम स्क्यानिङ, स्पंदित इलेक्ट्रोन र आयन बीमहरू, स्पंदित लेजरहरू, निरन्तर-वेभ लेजरहरू, र ब्रॉडब्यान्ड असंगत प्रकाश स्रोतहरू (ह्यालोजन बत्तीहरू, ग्रेफाइट हीटरहरू, आर्क ल्याम्पहरू), पछिल्ला सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग भएको। यी स्रोतहरूले तुरुन्तै आवश्यक तापक्रममा सब्सट्रेटलाई तताउन सक्छ, छोटो समयमा एनिलिङ पूरा गर्न र प्रभावकारी रूपमा अशुद्धता फैलावट घटाउन सक्छ।

3. चलचित्र बयान प्रविधिहरू

(1) प्लाज्मा-एन्हान्स्ड केमिकल वाष्प निक्षेप (PECVD)

PECVD फिल्म निक्षेपको लागि रासायनिक भाप निक्षेप (CVD) प्रविधिको एक रूप हो, अन्य दुई वायुमण्डलीय दबाव CVD (APCVD) र कम चाप CVD (LPCVD) हो।

हाल, PECVD तीन प्रकारहरू मध्ये सबैभन्दा व्यापक रूपमा लागू गरिएको छ। यसले रेडियो फ्रिक्वेन्सी (RF) प्लाज्मालाई अपेक्षाकृत कम तापक्रममा रासायनिक प्रतिक्रियाहरू प्रारम्भ गर्न र कायम राख्नको लागि प्रयोग गर्दछ, त्यसैले उच्च निक्षेप दरहरूसँग कम-तापमान फिल्म निक्षेपलाई सुविधा दिन्छ। यसको उपकरण योजनाबद्ध रूपमा चित्रण गरिएको छ। 

यस विधि मार्फत उत्पादन गरिएका चलचित्रहरूले असाधारण आसंजन र विद्युतीय गुणहरू, न्यूनतम माइक्रोपोरोसिटी, उच्च एकरूपता, र बलियो सानो-स्तर भर्ने क्षमताहरू प्रदर्शन गर्छन्। PECVD निक्षेपको गुणस्तरलाई असर गर्ने कारकहरूमा सब्सट्रेट तापक्रम, ग्यास प्रवाह दर, दबाब, आरएफ पावर, र फ्रिक्वेन्सी समावेश छ।

(२) थुक्नु 

स्पटरिङ एक भौतिक भाप निक्षेप (PVD) विधि हो। चार्ज गरिएका आयनहरू (सामान्यतया आर्गोन आयनहरू, एआर+) एक विद्युतीय क्षेत्रमा द्रुत हुन्छन्, गतिज ऊर्जा प्राप्त गर्दै। तिनीहरू लक्षित सामग्री तिर निर्देशित छन्, लक्ष्य अणुहरूसँग टकराएर र तिनीहरूलाई विस्थापित र स्पटर टाढाको कारण। यी अणुहरूसँग महत्त्वपूर्ण गतिज ऊर्जा पनि हुन्छ र त्यसमा जम्मा गर्दै सब्सट्रेटतर्फ सर्छ।

सामान्यतया नियोजित स्पटरिङ पावर स्रोतहरूमा प्रत्यक्ष वर्तमान (DC) र रेडियो फ्रिक्वेन्सी (RF), जहाँ DC स्पटरिङ सीधै धातुहरू जस्तै प्रवाहकीय सामग्रीहरूमा लागू हुन्छ, जबकि इन्सुलेट सामग्रीहरूलाई फिल्म जम्मा गर्न RF स्पटरिङ चाहिन्छ।

परम्परागत स्पटरिङले कम डिपोजिसन दर र उच्च कामको दबाबबाट ग्रस्त हुन्छ, परिणामस्वरूप फिल्मको गुणस्तर कम हुन्छ। म्याग्नेट्रोन स्पटरिंगले यी मुद्दाहरूलाई अझ आदर्श रूपमा सम्बोधन गर्दछ। यसले चुम्बकीय क्षेत्र दिशाको वरिपरि एक हेलिकल मार्गमा आयनहरूको रैखिक प्रक्षेपणलाई परिवर्तन गर्न बाह्य चुम्बकीय क्षेत्र प्रयोग गर्दछ, तिनीहरूको मार्ग लामो बनाउँछ र लक्ष्य अणुहरूसँग टक्कर दक्षता सुधार गर्दछ, जसले गर्दा स्पटरिङ दक्षता बढाउँछ। यसले निक्षेप दरहरू बढाउँछ, काम गर्ने दबाब घटाउँछ, र फिल्मको गुणस्तरमा उल्लेखनीय सुधार हुन्छ।

4. नक्काशी प्रविधिहरू

नक्काशीलाई क्रमशः सुक्खा र भिजेको मोडमा वर्गीकृत गरिएको छ, जसलाई क्रमशः विशेष समाधानहरूको प्रयोग (वा अभाव) नाम दिइएको छ।

सामान्यतया, नक्काशीको लागि नचिनेका क्षेत्रहरूलाई जोगाउन मास्क तह (जुन प्रत्यक्ष रूपमा फोटोरेसिस्ट हुन सक्छ) को तयारी आवश्यक हुन्छ।

(१) ड्राई इचिङ

सामान्य सुक्खा नक्काशी प्रकारहरू समावेश छन्इन्डक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा (ICP) नक्काशी, Ion Beam Etching (IBE), र Reactive Ion Etching (RIE)।

ICP नक्काशीमा, ग्लो डिस्चार्ज-उत्पादित प्लाज्मामा असंख्य अत्यधिक रासायनिक रूपमा सक्रिय मुक्त रेडिकलहरू (मुक्त परमाणुहरू, अणुहरू, वा परमाणु समूहहरू) हुन्छन्, जसले वाष्पशील उत्पादनहरू बनाउन लक्ष्य सामग्रीसँग रासायनिक प्रतिक्रिया गर्दछ, यसरी नक्काशी प्राप्त गर्दछ।

IBE ले उच्च-ऊर्जा आयनहरू (इनर्ट ग्याँसहरूबाट आयनाइज्ड) प्रयोग गर्दछ सीधा नक्काशीको लागि लक्षित सामग्रीको सतहमा बमबारी गर्न, भौतिक प्रक्रिया प्रतिनिधित्व गर्दछ।

RIE लाई अघिल्लो दुईको संयोजन मानिन्छ, IBE मा प्रयोग गरिएको निष्क्रिय ग्यासलाई ICP नक्काशीमा प्रयोग गरिएको ग्यासले प्रतिस्थापन गरी RIE गठन गर्दछ।

सुक्खा नक्काशीको लागि, ठाडो नक्काशीको दरले पार्श्व दर भन्दा धेरै टाढा छ, अर्थात्, यसको उच्च पक्ष अनुपात छ, जसले मास्क ढाँचाको सटीक प्रतिकृतिलाई अनुमति दिन्छ। यद्यपि, सुक्खा नक्काशीले मास्क तहलाई पनि कोर्छ, खराब चयनशीलता (मास्क तहमा लक्षित सामग्रीको नक्काशी दरहरूको अनुपात) देखाउँछ, विशेष गरी IBE सँग, जसले सामग्रीको सतहमा गैर-चयनित रूपमा नक्काशी गर्न सक्छ।

(2) भिजेको नक्काशी 

भिजेको नक्काशीले लक्ष्य सामग्रीलाई समाधान (एच्यान्ट) मा डुबाएर प्राप्त गरेको नक्काशीको विधिलाई जनाउँछ जुन रासायनिक रूपमा प्रतिक्रिया गर्दछ।

यो नक्काशी विधि सरल, लागत-प्रभावी छ, र राम्रो चयनशीलता देखाउँछ तर कम पक्ष अनुपात छ। मास्कको किनाराहरू मुनिको सामग्रीलाई कोर्रोड गर्न सकिन्छ, यसलाई ड्राई इचिंग भन्दा कम सटीक बनाउँदै। कम पक्ष अनुपातको नकारात्मक प्रभावहरूलाई कम गर्न, उपयुक्त नक्काशी दरहरू छनौट गर्नुपर्छ। नक्काशी दरलाई प्रभाव पार्ने कारकहरूमा इचेन्ट एकाग्रता, नक्काशी समय, र इचेन्ट तापक्रम समावेश छ।**