પાતળા ફિલ્મ ડિપોઝિશન તકનીકોનો વ્યાપક ઝાંખી: MOCVD, મેગ્નેટ્રોન સ્પટરિંગ અને PECVD

સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં, જ્યારે ફોટોલિથોગ્રાફી અને એચિંગનો વારંવાર ઉલ્લેખ કરવામાં આવે છે, ત્યારે એપિટેક્સિયલ અથવા પાતળા ફિલ્મ ડિપોઝિશન તકનીકો પણ એટલી જ મહત્વપૂર્ણ છે. આ લેખ ચિપ ફેબ્રિકેશનમાં ઉપયોગમાં લેવાતી ઘણી સામાન્ય પાતળા ફિલ્મ ડિપોઝિશન પદ્ધતિઓનો પરિચય આપે છે, જેમાં શામેલ છેએમઓસીવીડી, મેગ્નેટ્રોન સ્પટરિંગ, અનેપીઈસીવીડી.

ચિપ ઉત્પાદનમાં પાતળી ફિલ્મ પ્રક્રિયાઓ શા માટે જરૂરી છે?

ઉદાહરણ તરીકે, એક સાદા બેક કરેલા ફ્લેટબ્રેડની કલ્પના કરો. તેના પોતાના પર, તેનો સ્વાદ કોમળ હોઈ શકે છે. જોકે, સપાટીને વિવિધ ચટણીઓ - જેમ કે સ્વાદિષ્ટ બીન પેસ્ટ અથવા મીઠી માલ્ટ સીરપ - સાથે બ્રશ કરીને તમે તેના સ્વાદને સંપૂર્ણપણે બદલી શકો છો. આ સ્વાદ વધારનારા કોટિંગ સમાન છેપાતળી ફિલ્મોસેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓમાં, જ્યારે ફ્લેટબ્રેડ પોતે રજૂ કરે છેસબસ્ટ્રેટ.

ચિપ ફેબ્રિકેશનમાં, પાતળી ફિલ્મો અસંખ્ય કાર્યાત્મક ભૂમિકાઓ ભજવે છે - ઇન્સ્યુલેશન, વાહકતા, નિષ્ક્રિયતા, પ્રકાશ શોષણ, વગેરે - અને દરેક કાર્ય માટે ચોક્કસ ડિપોઝિશન તકનીકની જરૂર હોય છે.

૧. ધાતુ-કાર્બનિક રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (MOCVD)

MOCVD એ એક અત્યંત અદ્યતન અને સચોટ તકનીક છે જેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સેમિકન્ડક્ટર પાતળા ફિલ્મો અને નેનોસ્ટ્રક્ચર્સના નિક્ષેપણ માટે થાય છે. તે LED, લેસર અને પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ જેવા ઉપકરણોના નિર્માણમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.

MOCVD સિસ્ટમના મુખ્ય ઘટકો:

• ગેસ ડિલિવરી સિસ્ટમ
  પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં પ્રતિક્રિયાકારોના ચોક્કસ પરિચય માટે જવાબદાર. આમાં પ્રવાહ નિયંત્રણનો સમાવેશ થાય છે:

• વાહક વાયુઓ

• ધાતુ-કાર્બનિક પુરોગામી

• હાઇડ્રાઇડ વાયુઓ
  આ સિસ્ટમમાં ગ્રોથ અને પર્જ મોડ્સ વચ્ચે સ્વિચ કરવા માટે મલ્ટી-વે વાલ્વ છે.

• પ્રતિક્રિયા ચેમ્બર
  સિસ્ટમનું હૃદય જ્યાં વાસ્તવિક ભૌતિક વૃદ્ધિ થાય છે. ઘટકોમાં શામેલ છે:

  • ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટર (સબસ્ટ્રેટ ધારક)

  • હીટર અને તાપમાન સેન્સર

  • ઇન-સીટુ મોનિટરિંગ માટે ઓપ્ટિકલ પોર્ટ્સ

  • ઓટોમેટેડ વેફર લોડિંગ/અનલોડિંગ માટે રોબોટિક આર્મ્સ

• વૃદ્ધિ નિયંત્રણ સિસ્ટમ
  પ્રોગ્રામેબલ લોજિક કંટ્રોલર્સ અને હોસ્ટ કમ્પ્યુટરનો સમાવેશ થાય છે. આ ડિપોઝિશન પ્રક્રિયા દરમ્યાન ચોક્કસ દેખરેખ અને પુનરાવર્તિતતા સુનિશ્ચિત કરે છે.

• ઇન-સીટુ મોનિટરિંગ
  પાયરોમીટર અને રિફ્લેક્ટોમીટર જેવા સાધનો માપન કરે છે:

  • ફિલ્મની જાડાઈ

  • સપાટીનું તાપમાન

  • સબસ્ટ્રેટ વક્રતા
    આ રીઅલ-ટાઇમ પ્રતિસાદ અને ગોઠવણને સક્ષમ કરે છે.

• એક્ઝોસ્ટ ટ્રીટમેન્ટ સિસ્ટમ
  સલામતી અને પર્યાવરણીય પાલન સુનિશ્ચિત કરવા માટે થર્મલ વિઘટન અથવા રાસાયણિક ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને ઝેરી ઉપ-ઉત્પાદનોની સારવાર કરે છે.

ક્લોઝ્ડ-કપલ્ડ શાવરહેડ (CCS) કન્ફિગરેશન:

વર્ટિકલ MOCVD રિએક્ટરમાં, CCS ડિઝાઇન શાવરહેડ સ્ટ્રક્ચરમાં વૈકલ્પિક નોઝલ દ્વારા વાયુઓને એકસરખી રીતે ઇન્જેક્ટ કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ અકાળ પ્રતિક્રિયાઓને ઘટાડે છે અને એકસમાન મિશ્રણને વધારે છે.

• આફરતું ગ્રેફાઇટ સસેપ્ટરવાયુઓના સીમા સ્તરને એકરૂપ બનાવવામાં મદદ કરે છે, જેનાથી વેફરમાં ફિલ્મ એકરૂપતામાં સુધારો થાય છે.

2. મેગ્નેટ્રોન સ્પટરિંગ

મેગ્નેટ્રોન સ્પટરિંગ એ એક ભૌતિક વરાળ નિક્ષેપણ (PVD) પદ્ધતિ છે જેનો ઉપયોગ પાતળા ફિલ્મ અને કોટિંગ્સ, ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ઓપ્ટિક્સ અને સિરામિક્સમાં જમા કરવા માટે વ્યાપકપણે થાય છે.

કાર્ય સિદ્ધાંત:

1. લક્ષ્ય સામગ્રી
   જમા કરાવવાની સ્ત્રોત સામગ્રી - ધાતુ, ઓક્સાઇડ, નાઈટ્રાઈડ, વગેરે - કેથોડ પર નિશ્ચિત હોય છે.

2. વેક્યુમ ચેમ્બર
   દૂષણ ટાળવા માટે આ પ્રક્રિયા ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશ હેઠળ કરવામાં આવે છે.

3. પ્લાઝ્મા જનરેશન
   એક નિષ્ક્રિય વાયુ, સામાન્ય રીતે આર્ગોન, પ્લાઝ્મા બનાવવા માટે આયનીકરણ કરવામાં આવે છે.

4. ચુંબકીય ક્ષેત્ર એપ્લિકેશન
   આયનીકરણ કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રોનને લક્ષ્યની નજીક મર્યાદિત કરે છે.

5. સ્પટરિંગ પ્રક્રિયા
   આયનો લક્ષ્ય પર બોમ્બમારો કરે છે, ચેમ્બરમાંથી પસાર થતા અને સબસ્ટ્રેટ પર જમા થતા પરમાણુઓને દૂર કરે છે.

મેગ્નેટ્રોન સ્પટરિંગના ફાયદા:

• યુનિફોર્મ ફિલ્મ ડિપોઝિશનમોટા વિસ્તારોમાં.

• જટિલ સંયોજનો જમા કરવાની ક્ષમતા, જેમાં એલોય અને સિરામિક્સનો સમાવેશ થાય છે.

• ટ્યુનેબલ પ્રક્રિયા પરિમાણોજાડાઈ, રચના અને સૂક્ષ્મ માળખાના ચોક્કસ નિયંત્રણ માટે.

• ઉચ્ચ ફિલ્મ ગુણવત્તામજબૂત સંલગ્નતા અને યાંત્રિક શક્તિ સાથે.

• વ્યાપક સામગ્રી સુસંગતતા, ધાતુઓથી લઈને ઓક્સાઇડ અને નાઇટ્રાઇડ્સ સુધી.

• નીચા તાપમાને કામગીરી, તાપમાન-સંવેદનશીલ સબસ્ટ્રેટ માટે યોગ્ય.

૩. પ્લાઝ્મા-ઉન્નત કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (PECVD)

PECVD નો ઉપયોગ સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ (SiNx), સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO₂), અને આકારહીન સિલિકોન જેવી પાતળી ફિલ્મોના નિક્ષેપણ માટે વ્યાપકપણે થાય છે.

સિદ્ધાંત:

PECVD સિસ્ટમમાં, પૂર્વગામી વાયુઓને વેક્યુમ ચેમ્બરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે જ્યાં aગ્લો ડિસ્ચાર્જ પ્લાઝ્માઆનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પન્ન થાય છે:

• આરએફ ઉત્તેજના

• ડીસી હાઇ વોલ્ટેજ

• માઇક્રોવેવ અથવા સ્પંદિત સ્ત્રોતો

પ્લાઝ્મા ગેસ-તબક્કાની પ્રતિક્રિયાઓને સક્રિય કરે છે, પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓ ઉત્પન્ન કરે છે જે સબસ્ટ્રેટ પર જમા થઈને પાતળી ફિલ્મ બનાવે છે.

જમા કરવાના પગલાં:

1. પ્લાઝ્મા રચના
   ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોથી ઉત્તેજિત થઈને, પૂર્વવર્તી વાયુઓ આયનીકરણ કરીને પ્રતિક્રિયાશીલ રેડિકલ અને આયનો બનાવે છે.

2. પ્રતિક્રિયા અને પરિવહન
   આ પ્રજાતિઓ સબસ્ટ્રેટ તરફ આગળ વધતી વખતે ગૌણ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે.

3. સપાટી પ્રતિક્રિયા
   સબસ્ટ્રેટ સુધી પહોંચ્યા પછી, તેઓ શોષાય છે, પ્રતિક્રિયા આપે છે અને એક ઘન ફિલ્મ બનાવે છે. કેટલાક ઉપ-ઉત્પાદનો વાયુઓ તરીકે મુક્ત થાય છે.

PECVD ના ફાયદા:

• ઉત્તમ એકરૂપતાફિલ્મની રચના અને જાડાઈમાં.

• મજબૂત સંલગ્નતાપ્રમાણમાં ઓછા ડિપોઝિશન તાપમાને પણ.

• ઉચ્ચ ડિપોઝિશન દર, તેને ઔદ્યોગિક સ્તરે ઉત્પાદન માટે યોગ્ય બનાવે છે.

૪. પાતળી ફિલ્મ લાક્ષણિકતા તકનીકો

ગુણવત્તા નિયંત્રણ માટે પાતળા ફિલ્મોના ગુણધર્મોને સમજવું જરૂરી છે. સામાન્ય તકનીકોમાં શામેલ છે:

(1) એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન (XRD)

• હેતુ: સ્ફટિક રચનાઓ, જાળી સ્થિરાંકો અને દિશાઓનું વિશ્લેષણ કરો.

• સિદ્ધાંત: બ્રેગના નિયમના આધારે, સ્ફટિકીય પદાર્થ દ્વારા એક્સ-રે કેવી રીતે વિભાજીત થાય છે તે માપે છે.

• અરજીઓ: ક્રિસ્ટલોગ્રાફી, તબક્કા વિશ્લેષણ, તાણ માપન અને પાતળી ફિલ્મ મૂલ્યાંકન.

(2) સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM)

• હેતુ: સપાટીના આકારવિજ્ઞાન અને સૂક્ષ્મ રચનાનું અવલોકન કરો.

• સિદ્ધાંત: નમૂનાની સપાટીને સ્કેન કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોન બીમનો ઉપયોગ કરે છે. શોધાયેલ સંકેતો (દા.ત., ગૌણ અને પાછળથી છૂટાછવાયા ઇલેક્ટ્રોન) સપાટીની વિગતો જાહેર કરે છે.

• અરજીઓ: મટીરીયલ સાયન્સ, નેનોટેક, બાયોલોજી અને નિષ્ફળતા વિશ્લેષણ.

(૩) એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી (AFM)

• હેતુ: છબી અણુ અથવા નેનોમીટર રિઝોલ્યુશન પર સપાટી પર આવે છે.

• સિદ્ધાંત: એક તીક્ષ્ણ પ્રોબ સતત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ જાળવી રાખીને સપાટીને સ્કેન કરે છે; ઊભી વિસ્થાપન 3D ટોપોગ્રાફી ઉત્પન્ન કરે છે.

• અરજીઓ: નેનોસ્ટ્રક્ચર સંશોધન, સપાટીની ખરબચડી માપન, બાયોમોલેક્યુલર અભ્યાસ.