തിൻ ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ ടെക്നിക്കുകളുടെ സമഗ്രമായ ഒരു അവലോകനം: MOCVD, മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ്, PECVD

സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണത്തിൽ, ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫിയും എച്ചിംഗും ഏറ്റവും കൂടുതൽ പരാമർശിക്കപ്പെടുന്ന പ്രക്രിയകളാണെങ്കിലും, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ അല്ലെങ്കിൽ നേർത്ത ഫിലിം നിക്ഷേപ സാങ്കേതിക വിദ്യകളും ഒരുപോലെ നിർണായകമാണ്. ചിപ്പ് നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന നിരവധി സാധാരണ നേർത്ത ഫിലിം നിക്ഷേപ രീതികളെ ഈ ലേഖനം പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു, അവയിൽഎം.ഒ.സി.വി.ഡി., മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ്, കൂടാതെപി.ഇ.സി.വി.ഡി..

ചിപ്പ് നിർമ്മാണത്തിൽ നേർത്ത ഫിലിം പ്രക്രിയകൾ അത്യാവശ്യമായിരിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു പ്ലെയിൻ ബേക്ക് ചെയ്ത ഫ്ലാറ്റ് ബ്രെഡ് സങ്കൽപ്പിക്കുക. സ്വന്തമായി, അത് മൃദുവായതായി തോന്നിയേക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, വ്യത്യസ്ത സോസുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഉപരിതലത്തിൽ ബ്രഷ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ - ഒരു രുചികരമായ ബീൻ പേസ്റ്റ് അല്ലെങ്കിൽ മധുരമുള്ള മാൾട്ട് സിറപ്പ് പോലുള്ളവ - നിങ്ങൾക്ക് അതിന്റെ രുചി പൂർണ്ണമായും മാറ്റാൻ കഴിയും. ഈ രുചി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന കോട്ടിംഗുകൾ സമാനമാണ്നേർത്ത ഫിലിമുകൾഅർദ്ധചാലക പ്രക്രിയകളിൽ, ഫ്ലാറ്റ്ബ്രെഡ് തന്നെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നുഅടിവസ്ത്രം.

ചിപ്പ് നിർമ്മാണത്തിൽ, നേർത്ത ഫിലിമുകൾ നിരവധി പ്രവർത്തനപരമായ റോളുകൾ നിർവഹിക്കുന്നു - ഇൻസുലേഷൻ, ചാലകത, നിഷ്ക്രിയത്വം, പ്രകാശ ആഗിരണം മുതലായവ - ഓരോ പ്രവർത്തനത്തിനും ഒരു പ്രത്യേക നിക്ഷേപ സാങ്കേതികത ആവശ്യമാണ്.

1. ലോഹ-ജൈവ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (MOCVD)

ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള സെമികണ്ടക്ടർ നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെയും നാനോസ്ട്രക്ചറുകളുടെയും നിക്ഷേപത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന വളരെ നൂതനവും കൃത്യവുമായ ഒരു സാങ്കേതികതയാണ് MOCVD. LED-കൾ, ലേസറുകൾ, പവർ ഇലക്ട്രോണിക്സ് തുടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ ഇത് നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.

ഒരു MOCVD സിസ്റ്റത്തിന്റെ പ്രധാന ഘടകങ്ങൾ:

• ഗ്യാസ് ഡെലിവറി സിസ്റ്റം
  പ്രതിപ്രവർത്തന അറയിലേക്ക് പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളെ കൃത്യമായി അവതരിപ്പിക്കുന്നതിന് ഉത്തരവാദി. ഇതിൽ ഇവയുടെ ഒഴുക്ക് നിയന്ത്രണം ഉൾപ്പെടുന്നു:

• കാരിയർ വാതകങ്ങൾ

• ലോഹ-ജൈവ മുൻഗാമികൾ

• ഹൈഡ്രൈഡ് വാതകങ്ങൾ
  ഗ്രോത്ത്, ശുദ്ധീകരണ മോഡുകൾക്കിടയിൽ മാറുന്നതിനായി സിസ്റ്റത്തിൽ മൾട്ടി-വേ വാൽവുകൾ ഉണ്ട്.

• പ്രതികരണ ചേംബർ
  യഥാർത്ഥ ഭൗതിക വളർച്ച സംഭവിക്കുന്ന വ്യവസ്ഥയുടെ കാതൽ. ഘടകങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

  • ഗ്രാഫൈറ്റ് സസെപ്റ്റർ (സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഹോൾഡർ)

  • ഹീറ്ററുകളും താപനില സെൻസറുകളും

  • ഇൻ-സൈറ്റു നിരീക്ഷണത്തിനുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ പോർട്ടുകൾ

  • ഓട്ടോമേറ്റഡ് വേഫർ ലോഡിംഗ്/അൺലോഡിംഗിനുള്ള റോബോട്ടിക് ആയുധങ്ങൾ

• വളർച്ചാ നിയന്ത്രണ സംവിധാനം
  പ്രോഗ്രാമബിൾ ലോജിക് കൺട്രോളറുകളും ഒരു ഹോസ്റ്റ് കമ്പ്യൂട്ടറും ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഡിപ്പോസിഷൻ പ്രക്രിയയിലുടനീളം കൃത്യമായ നിരീക്ഷണവും ആവർത്തനക്ഷമതയും ഇവ ഉറപ്പാക്കുന്നു.

• ഇൻ-സൈറ്റു മോണിറ്ററിംഗ്
  പൈറോമീറ്ററുകൾ, റിഫ്ലക്ടോമീറ്ററുകൾ തുടങ്ങിയ ഉപകരണങ്ങൾ അളക്കുന്നത്:

  • ഫിലിം കനം

  • ഉപരിതല താപനില

  • അടിവസ്ത്ര വക്രത
    ഇവ തത്സമയ ഫീഡ്‌ബാക്കും ക്രമീകരണവും പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

• എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് ട്രീറ്റ്‌മെന്റ് സിസ്റ്റം
  സുരക്ഷയും പാരിസ്ഥിതിക അനുസരണവും ഉറപ്പാക്കാൻ താപ വിഘടനം അല്ലെങ്കിൽ രാസ ഉത്തേജകം ഉപയോഗിച്ച് വിഷ ഉപോൽപ്പന്നങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നു.

ക്ലോസ്ഡ്-കപ്പിൾഡ് ഷവർഹെഡ് (CCS) കോൺഫിഗറേഷൻ:

ലംബമായ MOCVD റിയാക്ടറുകളിൽ, ഷവർഹെഡ് ഘടനയിൽ ഒന്നിടവിട്ടുള്ള നോസിലുകളിലൂടെ വാതകങ്ങൾ ഒരേപോലെ കുത്തിവയ്ക്കാൻ CCS രൂപകൽപ്പന അനുവദിക്കുന്നു. ഇത് അകാല പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ കുറയ്ക്കുകയും ഏകീകൃത മിശ്രണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

• ദികറങ്ങുന്ന ഗ്രാഫൈറ്റ് സസെപ്റ്റർവാതകങ്ങളുടെ അതിർത്തി പാളി ഏകതാനമാക്കാൻ സഹായിക്കുകയും, വേഫറിലുടനീളം ഫിലിം ഏകത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.

2. മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ്

മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ് എന്നത് നേർത്ത ഫിലിമുകളും കോട്ടിംഗുകളും നിക്ഷേപിക്കുന്നതിന് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ഭൗതിക നീരാവി നിക്ഷേപ (പിവിഡി) രീതിയാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് ഇലക്ട്രോണിക്സ്, ഒപ്റ്റിക്സ്, സെറാമിക്സ് എന്നിവയിൽ.

പ്രവർത്തന തത്വം:

1. ലക്ഷ്യ മെറ്റീരിയൽ
   നിക്ഷേപിക്കേണ്ട ഉറവിട വസ്തു - ലോഹം, ഓക്സൈഡ്, നൈട്രൈഡ് മുതലായവ - ഒരു കാഥോഡിൽ ഉറപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.

2. വാക്വം ചേമ്പർ
   മലിനീകരണം ഒഴിവാക്കാൻ ഉയർന്ന വാക്വം സാഹചര്യത്തിലാണ് ഈ പ്രക്രിയ നടത്തുന്നത്.

3. പ്ലാസ്മ ജനറേഷൻ
   ഒരു നിഷ്ക്രിയ വാതകം, സാധാരണയായി ആർഗോൺ, അയോണീകരിക്കപ്പെട്ട് പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുന്നു.

4. കാന്തികക്ഷേത്ര പ്രയോഗം
   അയോണൈസേഷൻ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനായി ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം ഇലക്ട്രോണുകളെ ലക്ഷ്യത്തിനടുത്ത് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

5. ചിതറിക്കൽ പ്രക്രിയ
   അയോണുകൾ ലക്ഷ്യത്തിൽ ബോംബെറിഞ്ഞ്, ചേമ്പറിലൂടെ സഞ്ചരിച്ച് അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുന്ന ആറ്റങ്ങളെ സ്ഥാനഭ്രംശം വരുത്തുന്നു.

മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗിന്റെ ഗുണങ്ങൾ:

• യൂണിഫോം ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻവലിയ പ്രദേശങ്ങളിൽ.

• സങ്കീർണ്ണ സംയുക്തങ്ങൾ നിക്ഷേപിക്കാനുള്ള കഴിവ്, ലോഹസങ്കരങ്ങളും സെറാമിക്സും ഉൾപ്പെടെ.

• ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന പ്രോസസ്സ് പാരാമീറ്ററുകൾകനം, ഘടന, സൂക്ഷ്മഘടന എന്നിവയുടെ കൃത്യമായ നിയന്ത്രണത്തിനായി.

• ഉയർന്ന ഫിലിം നിലവാരംശക്തമായ പശയും മെക്കാനിക്കൽ ശക്തിയും.

• വിശാലമായ മെറ്റീരിയൽ അനുയോജ്യത, ലോഹങ്ങൾ മുതൽ ഓക്സൈഡുകൾ, നൈട്രൈഡുകൾ വരെ.

• താഴ്ന്ന താപനിലയിലുള്ള പ്രവർത്തനം, താപനില-സെൻസിറ്റീവ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്ക് അനുയോജ്യം.

3. പ്ലാസ്മ-എൻഹാൻസ്ഡ് കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ (PECVD)

സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് (SiNx), സിലിക്കൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് (SiO₂), അമോർഫസ് സിലിക്കൺ തുടങ്ങിയ നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ നിക്ഷേപത്തിന് PECVD വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

തത്വം:

ഒരു PECVD സിസ്റ്റത്തിൽ, പ്രീക്വാർസർ വാതകങ്ങളെ ഒരു വാക്വം ചേമ്പറിലേക്ക് കടത്തിവിടുന്നു, അവിടെ ഒരുഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് പ്ലാസ്മഇത് ഉപയോഗിച്ച് സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു:

• RF ആവേശം

• ഡിസി ഹൈ വോൾട്ടേജ്

• മൈക്രോവേവ് അല്ലെങ്കിൽ പൾസ്ഡ് ഉറവിടങ്ങൾ

പ്ലാസ്മ വാതക-ഘട്ട പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളെ സജീവമാക്കുന്നു, ഇത് പ്രതിപ്രവർത്തന സ്പീഷീസുകളെ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിച്ച് ഒരു നേർത്ത ഫിലിം രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.

നിക്ഷേപ ഘട്ടങ്ങൾ:

1. പ്ലാസ്മ രൂപീകരണം
   വൈദ്യുതകാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളാൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന മുൻഗാമി വാതകങ്ങൾ അയോണീകരിക്കപ്പെടുകയും പ്രതിപ്രവർത്തന റാഡിക്കലുകളും അയോണുകളും രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

2. പ്രതികരണവും ഗതാഗതവും
   ഈ സ്പീഷീസുകൾ അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ ദ്വിതീയ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകുന്നു.

3. ഉപരിതല പ്രതികരണം
   അടിവസ്ത്രത്തിൽ എത്തുമ്പോൾ, അവ ആഗിരണം ചെയ്ത്, പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച്, ഒരു സോളിഡ് ഫിലിം ഉണ്ടാക്കുന്നു. ചില ഉപോൽപ്പന്നങ്ങൾ വാതകങ്ങളായി പുറത്തുവിടുന്നു.

PECVD യുടെ പ്രയോജനങ്ങൾ:

• മികച്ച ഏകീകൃതതഫിലിം ഘടനയിലും കനത്തിലും.

• ശക്തമായ അഡീഷൻതാരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ഡിപ്പോസിഷൻ താപനിലയിൽ പോലും.

• ഉയർന്ന നിക്ഷേപ നിരക്കുകൾ, ഇത് വ്യാവസായിക തലത്തിലുള്ള ഉൽ‌പാദനത്തിന് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.

4. തിൻ ഫിലിം സ്വഭാവരൂപീകരണ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ

ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണത്തിന് നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ സവിശേഷതകൾ മനസ്സിലാക്കേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ്. സാധാരണ സാങ്കേതിക വിദ്യകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

(1) എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (XRD)

• ഉദ്ദേശ്യം: ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകൾ, ലാറ്റിസ് സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ, ഓറിയന്റേഷനുകൾ എന്നിവ വിശകലനം ചെയ്യുക.

• തത്വം: ബ്രാഗിന്റെ നിയമത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഒരു സ്ഫടിക വസ്തുവിലൂടെ എക്സ്-കിരണങ്ങൾ എങ്ങനെ വ്യതിചലിക്കുന്നുവെന്ന് അളക്കുന്നു.

• അപേക്ഷകൾ: ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫി, ഘട്ടം വിശകലനം, ആയാസം അളക്കൽ, നേർത്ത ഫിലിം വിലയിരുത്തൽ.

(2) സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (SEM)

• ഉദ്ദേശ്യം: ഉപരിതല രൂപഘടനയും സൂക്ഷ്മഘടനയും നിരീക്ഷിക്കുക.

• തത്വം: സാമ്പിൾ ഉപരിതലം സ്കാൻ ചെയ്യാൻ ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ബീം ഉപയോഗിക്കുന്നു. കണ്ടെത്തിയ സിഗ്നലുകൾ (ഉദാ: ദ്വിതീയ, ബാക്ക്‌സ്‌കാറ്റേർഡ് ഇലക്ട്രോണുകൾ) ഉപരിതല വിശദാംശങ്ങൾ വെളിപ്പെടുത്തുന്നു.

• അപേക്ഷകൾ: മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ്, നാനോ ടെക്നോളജി, ബയോളജി, പരാജയ വിശകലനം.

(3) ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (AFM)

• ഉദ്ദേശ്യം: ആറ്റോമിക് അല്ലെങ്കിൽ നാനോമീറ്റർ റെസല്യൂഷനിലുള്ള ഇമേജ് പ്രതലങ്ങൾ.

• തത്വം: സ്ഥിരമായ പ്രതിപ്രവർത്തന ശക്തി നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഒരു മൂർച്ചയുള്ള അന്വേഷണം ഉപരിതലത്തെ സ്കാൻ ചെയ്യുന്നു; ലംബ സ്ഥാനചലനങ്ങൾ ഒരു 3D ഭൂപ്രകൃതി സൃഷ്ടിക്കുന്നു.

• അപേക്ഷകൾ: നാനോസ്ട്രക്ചർ ഗവേഷണം, ഉപരിതല പരുക്കൻത അളക്കൽ, ബയോമോളിക്യുലാർ പഠനങ്ങൾ.