সম্পূর্ণ সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস ফ্যাব্রিকেশন প্রক্রিয়া বোঝা

1. ফটোলিথোগ্রাফি 

ফটোলিথোগ্রাফি, প্রায়শই প্যাটার্ন জেনারেশনের সমার্থক, সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তির দ্রুত অগ্রগতির পিছনে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ চালিকা শক্তিগুলির মধ্যে একটি, যা মুদ্রণে ফটোগ্রাফিক প্লেট তৈরির প্রক্রিয়া থেকে উদ্ভূত। ফটোরেসিস্ট, এবং অন্যান্য প্রক্রিয়া প্রযুক্তির সাথে মিলিত হলে, সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ এবং ডিভাইসের বিভিন্ন নকশা এবং ধারণা উপলব্ধি করে, এই নিদর্শনগুলিকে উপকরণগুলিতে স্থানান্তরিত করে। ফটোলিথোগ্রাফিতে ব্যবহৃত আলোর উত্স সরাসরি প্যাটার্নের নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করে, যার মধ্যে অতিবেগুনী, গভীর অতিবেগুনী, এক্স-রে এবং ইলেক্ট্রন বিম পর্যন্ত বিকল্পগুলি রয়েছে, প্রতিটি উল্লিখিত ক্রমে প্যাটার্ন বিশ্বস্ততার ক্রমবর্ধমান মাত্রার সাথে সম্পর্কিত।

একটি আদর্শ ফটোলিথোগ্রাফি প্রক্রিয়া প্রবাহের মধ্যে রয়েছে পৃষ্ঠের প্রস্তুতি, আঠালো, নরম বেক, এক্সপোজার, পোস্ট-এক্সপোজার বেক, ডেভেলপমেন্ট, হার্ড বেক এবং পরিদর্শন।

সারফেস ট্রিটমেন্ট অপরিহার্য কারণ সাবস্ট্রেটগুলি সাধারণত বাতাস থেকে H2O অণু শোষণ করে, যা ফটোলিথোগ্রাফির জন্য ক্ষতিকর। অতএব, সাবস্ট্রেটগুলি প্রাথমিকভাবে বেকিংয়ের মাধ্যমে ডিহাইড্রেশন প্রক্রিয়াকরণের মধ্য দিয়ে যায়।

হাইড্রোফিলিক সাবস্ট্রেটের জন্য, হাইড্রোফোবিক ফটোরেসিস্টের সাথে তাদের আনুগত্য অপর্যাপ্ত, সম্ভাব্যভাবে ফোটোরেসিস্ট বিচ্ছিন্নতা বা প্যাটার্নের মিসলাইনমেন্ট সৃষ্টি করে, এইভাবে একটি আনুগত্য প্রবর্তকের প্রয়োজন। বর্তমানে, হেক্সামেথাইল ডিসিলাজেন (HMDS) এবং ট্রাই-মিথাইল-সিলিল-ডাইথাইল-অ্যামাইন (TMSDEA) ব্যাপকভাবে আনুগত্য বর্ধক হিসেবে ব্যবহৃত হয়।

পৃষ্ঠ চিকিত্সা অনুসরণ করে, photoresist প্রয়োগ শুরু হয়। প্রয়োগকৃত ফটোরেসিস্টের পুরুত্ব শুধুমাত্র এর সান্দ্রতার সাথে সম্পর্কিত নয় বরং স্পিন-আবরণ গতি দ্বারাও প্রভাবিত হয়, সাধারণত স্পিন গতির বর্গমূলের বিপরীত আনুপাতিক। প্রলেপ দেওয়ার পরে, ফোটোরেসিস্ট থেকে দ্রাবককে বাষ্পীভূত করার জন্য একটি নরম বেক করা হয়, যা প্রিবেক নামে পরিচিত একটি প্রক্রিয়ায় আনুগত্য উন্নত করে।

একবার এই পদক্ষেপগুলি সম্পূর্ণ হলে, এক্সপোজার সঞ্চালিত হয়। ফোটোরেসিস্টগুলি এক্সপোজারের পরে বিপরীত বৈশিষ্ট্য সহ ইতিবাচক বা নেতিবাচক হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়।

একটি উদাহরণ হিসাবে ইতিবাচক ফটোরেসিস্ট নিন, যেখানে অপ্রকাশিত ফটোরেসিস্ট বিকাশকারীতে অদ্রবণীয়, তবে এক্সপোজারের পরে দ্রবণীয় হয়ে যায়। এক্সপোজারের সময়, আলোর উত্স, একটি প্যাটার্নযুক্ত মুখোশের মধ্য দিয়ে যায়, প্রলিপ্ত স্তরকে আলোকিত করে, ফটোরেসিস্টকে প্যাটার্নাইজ করে। সাধারণত, এক্সপোজারের অবস্থানকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে এক্সপোজারের আগে সাবস্ট্রেটটিকে অবশ্যই মুখোশের সাথে সারিবদ্ধ করতে হবে। প্যাটার্ন বিকৃতি রোধ করতে এক্সপোজার সময়কাল কঠোরভাবে পরিচালনা করা আবশ্যক। পোস্ট-এক্সপোজার, স্থায়ী তরঙ্গ প্রভাব প্রশমিত করার জন্য অতিরিক্ত বেকিংয়ের প্রয়োজন হতে পারে, যদিও এই পদক্ষেপটি ঐচ্ছিক এবং সরাসরি বিকাশের পক্ষে বাইপাস করা যেতে পারে। বিকাশ উন্মুক্ত ফটোরেসিস্টকে দ্রবীভূত করে, মুখোশ প্যাটার্নটিকে সঠিকভাবে ফটোরেসিস্ট স্তরে স্থানান্তর করে। উন্নয়নের সময়ও গুরুত্বপূর্ণ—খুব কম সময় অসম্পূর্ণ বিকাশের দিকে নিয়ে যায়, খুব বেশি সময় প্যাটার্নের বিকৃতি ঘটায়।

পরবর্তীকালে, শক্ত বেকিং সাবস্ট্রেটের সাথে ফটোরেসিস্ট ফিল্মের সংযুক্তিকে শক্তিশালী করে এবং এর এচ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে। হার্ড বেক তাপমাত্রা সাধারণত প্রিবেকের তুলনায় সামান্য বেশি হয়।

অবশেষে, আণুবীক্ষণিক পরিদর্শন যাচাই করে যদি প্যাটার্নটি প্রত্যাশার সাথে সারিবদ্ধ হয়। প্যাটার্নটি অন্যান্য প্রক্রিয়ার মাধ্যমে উপাদানে স্থানান্তরিত হওয়ার পরে, ফটোরেসিস্ট তার উদ্দেশ্য পূরণ করেছে এবং অবশ্যই অপসারণ করতে হবে। স্ট্রিপিং পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে ভেজা (এসিটোনের মতো শক্তিশালী জৈব দ্রাবক ব্যবহার করে) এবং শুকনো (ফিল্মটি খোদাই করতে অক্সিজেন প্লাজমা ব্যবহার করে)।

2. ডোপিং কৌশল 

সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তিতে ডোপিং অপরিহার্য, প্রয়োজন অনুযায়ী সেমিকন্ডাক্টর পদার্থের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করে। সাধারণ ডোপিং পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে তাপীয় প্রসারণ এবং আয়ন ইমপ্লান্টেশন।

(1) আয়ন ইমপ্লান্টেশন 

আয়ন ইমপ্লান্টেশন সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেটকে উচ্চ-শক্তি আয়ন দিয়ে বোমাবর্ষণ করে ডোপ করে। তাপীয় প্রসারণের তুলনায়, এর অনেক সুবিধা রয়েছে। একটি ভর বিশ্লেষক দ্বারা নির্বাচিত আয়ন, উচ্চ ডোপিং বিশুদ্ধতা নিশ্চিত করে। ইমপ্লান্টেশনের সময়, স্তরটি ঘরের তাপমাত্রায় বা সামান্য উপরে থাকে। অনেক মাস্কিং ফিল্ম ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2), সিলিকন নাইট্রাইড (Si3N4), এবং ফটোরেসিস্ট, স্ব-সংযুক্ত মাস্ক কৌশলগুলির সাথে উচ্চ নমনীয়তা প্রদান করে। ইমপ্লান্ট ডোজ সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়, এবং ইমপ্লান্ট করা অপরিষ্কার আয়ন বন্টন একই সমতলের মধ্যে অভিন্ন হয়, যার ফলে উচ্চ পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা হয়।

ইমপ্লান্টেশন গভীরতা আয়নগুলির শক্তি দ্বারা নির্ধারিত হয়। শক্তি এবং ডোজ নিয়ন্ত্রণ করে, ইমপ্লান্টেশন-পরবর্তী সাবস্ট্রেটের অশুদ্ধতা আয়নগুলির বন্টন হেরফের করা যেতে পারে। বিভিন্ন অপবিত্রতা প্রোফাইল অর্জনের জন্য বিভিন্ন স্কিম সহ একাধিক ইমপ্লান্টেশন ক্রমাগত সঞ্চালিত হতে পারে। উল্লেখযোগ্যভাবে, একক-ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটে, যদি ইমপ্লান্টেশন দিকটি ক্রিস্টালোগ্রাফিক দিকনির্দেশের সমান্তরাল হয়, চ্যানেলিং প্রভাবগুলি ঘটে- কিছু আয়ন চ্যানেলগুলির সাথে ভ্রমণ করবে, যা গভীরতা নিয়ন্ত্রণকে চ্যালেঞ্জিং করে তুলবে।

চ্যানেলিং প্রতিরোধ করার জন্য, ইমপ্লান্টেশন সাধারণত একক-ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটের প্রধান অক্ষের প্রায় 7° কোণে বা একটি নিরাকার স্তর দিয়ে সাবস্ট্রেটকে আবৃত করে পরিচালিত হয়।

যাইহোক, আয়ন ইমপ্লান্টেশন সাবস্ট্রেটের স্ফটিক গঠনকে উল্লেখযোগ্যভাবে ক্ষতি করতে পারে। উচ্চ-শক্তি আয়ন, সংঘর্ষের সময়, সাবস্ট্রেটের নিউক্লিয়াস এবং ইলেকট্রনগুলিতে শক্তি স্থানান্তর করে, যার ফলে তারা জালি ছেড়ে যায় এবং আন্তঃস্থায়ী-শূন্যতা ত্রুটি জোড়া তৈরি করে। গুরুতর ক্ষেত্রে, কিছু অঞ্চলে স্ফটিক কাঠামো ধ্বংস হয়ে যেতে পারে, নিরাকার জোন তৈরি করে।

জালির ক্ষতি সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে ব্যাপকভাবে প্রভাবিত করে, যেমন ক্যারিয়ারের গতিশীলতা হ্রাস করা বা ভারসাম্যহীন বাহকের জীবনকাল। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণভাবে, ইমপ্লান্ট করা অমেধ্য অধিকাংশই অনিয়মিত আন্তঃস্থায়ী স্থান দখল করে, কার্যকর ডোপিং গঠনে ব্যর্থ হয়। অতএব, ইমপ্লান্টেশন-পরবর্তী জালির ক্ষতি মেরামত এবং অমেধ্যগুলির বৈদ্যুতিক সক্রিয়করণ অপরিহার্য।

(2)দ্রুত তাপ প্রক্রিয়াকরণ (RTP)

 আয়ন ইমপ্লান্টেশন এবং বৈদ্যুতিকভাবে সক্রিয় অমেধ্যগুলির কারণে সৃষ্ট জালির ক্ষতি সংশোধন করার জন্য তাপীয় অ্যানিলিং সবচেয়ে কার্যকর পদ্ধতি। উচ্চ তাপমাত্রায়, সাবস্ট্রেটের ক্রিস্টাল জালিতে আন্তঃস্থায়ী-শূন্যতা ত্রুটি জোড়া পুনরায় একত্রিত হয়ে অদৃশ্য হয়ে যাবে; নিরাকার অঞ্চলগুলিও সলিড-ফেজ এপিটাক্সির মাধ্যমে একক-স্ফটিক অঞ্চলগুলির সাথে সীমানা থেকে পুনরায় ক্রিস্টালাইজ করবে। উচ্চ তাপমাত্রায় অক্সিডাইজ করা থেকে সাবস্ট্রেট উপাদান প্রতিরোধ করার জন্য, তাপ অ্যানিলিং একটি ভ্যাকুয়াম বা নিষ্ক্রিয় গ্যাস বায়ুমণ্ডলে পরিচালনা করা আবশ্যক। প্রথাগত অ্যানিলিং অনেক সময় নেয় এবং ছড়িয়ে পড়ার কারণে উল্লেখযোগ্য অপরিষ্কার পুনঃবন্টন হতে পারে।

এর আবির্ভাবআরটিপি প্রযুক্তিএই সমস্যাটি মোকাবেলা করে, একটি সংক্ষিপ্ত অ্যানিলিং সময়কালের মধ্যে জালির ক্ষতি মেরামত এবং অপবিত্রতা সক্রিয়করণ সম্পন্ন করে।

তাপের উৎসের উপর নির্ভর করে,আরটিপিবিভিন্ন প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে: ইলেক্ট্রন বিম স্ক্যানিং, স্পন্দিত ইলেক্ট্রন এবং আয়ন বিম, স্পন্দিত লেজার, একটানা-তরঙ্গ লেজার এবং ব্রডব্যান্ড অসামঞ্জস্যপূর্ণ আলোর উত্স (হ্যালোজেন ল্যাম্প, গ্রাফাইট হিটার, আর্ক ল্যাম্প), পরবর্তীটি সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই উত্সগুলি একটি তাত্ক্ষণিক মধ্যে প্রয়োজনীয় তাপমাত্রায় সাবস্ট্রেটকে উত্তপ্ত করতে পারে, অল্প সময়ের মধ্যে অ্যানিলিং সম্পূর্ণ করে এবং কার্যকরভাবে অপবিত্রতা প্রসারণ কমাতে পারে।

3. ফিল্ম ডিপোজিশন টেকনিক

(1) প্লাজমা-বর্ধিত রাসায়নিক বাষ্প জমা (PECVD)

PECVD হল ফিল্ম ডিপোজিশনের জন্য রাসায়নিক বাষ্প ডিপোজিশন (CVD) কৌশলের একটি রূপ, অন্য দুটি হল বায়ুমণ্ডলীয় চাপ CVD (APCVD) এবং নিম্নচাপ CVD (LPCVD)।

বর্তমানে, PECVD তিনটি প্রকারের মধ্যে সবচেয়ে ব্যাপকভাবে প্রয়োগ করা হয়। এটি তুলনামূলকভাবে কম তাপমাত্রায় রাসায়নিক বিক্রিয়া শুরু এবং বজায় রাখতে রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি (RF) প্লাজমা ব্যবহার করে, তাই উচ্চ জমা হারের সাথে কম-তাপমাত্রার ফিল্ম জমার সুবিধা দেয়। এর সরঞ্জাম পরিকল্পিত হিসাবে চিত্রিত হয়. 

এই পদ্ধতির মাধ্যমে উত্পাদিত ফিল্মগুলি ব্যতিক্রমী আনুগত্য এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য, ন্যূনতম মাইক্রোপোরোসিটি, উচ্চ অভিন্নতা এবং শক্তিশালী ছোট-স্কেল ভরাট ক্ষমতা প্রদর্শন করে। PECVD জমার গুণমানকে প্রভাবিত করার কারণগুলির মধ্যে রয়েছে সাবস্ট্রেট তাপমাত্রা, গ্যাস প্রবাহের হার, চাপ, আরএফ শক্তি এবং ফ্রিকোয়েন্সি।

(2) ছিটকে পড়া 

স্পুটারিং হল একটি শারীরিক বাষ্প জমা (PVD) পদ্ধতি। চার্জযুক্ত আয়নগুলি (সাধারণত আর্গন আয়ন, Ar+) একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে ত্বরান্বিত হয়, গতিশক্তি অর্জন করে। এগুলি লক্ষ্যবস্তুর দিকে পরিচালিত হয়, লক্ষ্য অণুর সাথে সংঘর্ষ করে এবং তাদের অপসারণ করে এবং দূরে ছিটকে যায়। এই অণুগুলিও উল্লেখযোগ্য গতিশক্তি ধারণ করে এবং এটির উপর জমা করে সাবস্ট্রেটের দিকে চলে যায়।

সাধারণত নিযুক্ত স্পুটারিং পাওয়ার সোর্সগুলির মধ্যে রয়েছে ডাইরেক্ট কারেন্ট (ডিসি) এবং রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি (আরএফ), যেখানে ডিসি স্পাটারিং ধাতুর মতো পরিবাহী পদার্থের জন্য সরাসরি প্রযোজ্য, যখন ইনসুলেটিং উপকরণগুলির জন্য ফিল্ম জমার জন্য আরএফ স্পটারিং প্রয়োজন।

প্রচলিত স্পুটারিং কম জমার হার এবং উচ্চ কাজের চাপে ভুগে, যার ফলে ফিল্মের গুণমান কম হয়। ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং এই সমস্যাগুলিকে আরও আদর্শভাবে সমাধান করে। এটি আয়নগুলির রৈখিক গতিপথকে চৌম্বক ক্ষেত্রের দিকের চারপাশে একটি হেলিকাল পাথে পরিবর্তন করতে একটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র নিয়োগ করে, তাদের পথকে দীর্ঘ করে এবং লক্ষ্য অণুর সাথে সংঘর্ষের দক্ষতা উন্নত করে, যার ফলে স্পুটারিং দক্ষতা বৃদ্ধি পায়। এর ফলে জমার হার বেড়ে যায়, কাজের চাপ কমে যায় এবং ফিল্মের গুণমান উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়।

4. এচিং কৌশল

এচিং শুষ্ক এবং ভেজা মোডে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়, যথাক্রমে তাদের ব্যবহার (বা অভাব) নির্দিষ্ট সমাধানের জন্য নামকরণ করা হয়।

সাধারণত, এচিং এর জন্য একটি মুখোশ স্তর প্রস্তুত করা প্রয়োজন (যা সরাসরি ফটোরেসিস্ট হতে পারে) এমন অঞ্চলগুলিকে রক্ষা করার জন্য যা এচিংয়ের উদ্দেশ্যে নয়।

(1) শুকনো এচিং

সাধারণ শুষ্ক এচিং ধরনের অন্তর্ভুক্তইন্ডাকটিভলি কাপলড প্লাজমা (ICP) এচিং, আয়ন বিম এচিং (IBE), এবং প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন এচিং (RIE)।

আইসিপি এচিং-এ, গ্লো ডিসচার্জ-উত্পাদিত প্লাজমাতে প্রচুর রাসায়নিকভাবে সক্রিয় ফ্রি র‌্যাডিকেল (মুক্ত পরমাণু, অণু বা পারমাণবিক গোষ্ঠী) থাকে, যা লক্ষ্যবস্তুর সাথে রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করে উদ্বায়ী পণ্য তৈরি করে, এইভাবে এচিং অর্জন করে।

আইবিই উচ্চ-শক্তি আয়ন (জড় গ্যাস থেকে আয়নযুক্ত) নিযুক্ত করে সরাসরি এচিংয়ের জন্য লক্ষ্যবস্তুর পৃষ্ঠে বোমাবর্ষণ করে, একটি শারীরিক প্রক্রিয়ার প্রতিনিধিত্ব করে।

RIE কে আগের দুটির সংমিশ্রণ হিসাবে বিবেচনা করা হয়, IBE-তে ব্যবহৃত নিষ্ক্রিয় গ্যাসকে ICP এচিং-এ ব্যবহৃত গ্যাসের সাথে প্রতিস্থাপন করে, যার ফলে RIE গঠিত হয়।

ড্রাই এচিং এর জন্য, উল্লম্ব এচিং রেট পাশ্বর্ীয় হারকে ছাড়িয়ে যায়, অর্থাৎ, এটির একটি উচ্চ আকৃতির অনুপাত রয়েছে, যা মুখোশ প্যাটার্নের সুনির্দিষ্ট প্রতিলিপি করার অনুমতি দেয়। যাইহোক, শুষ্ক এচিং মুখোশের স্তরটিকেও খোদাই করে, যা দরিদ্র নির্বাচনীতা দেখায় (মাস্ক স্তরে লক্ষ্যবস্তুর এচিং হারের অনুপাত), বিশেষত আইবিই এর সাথে, যা উপাদানের পৃষ্ঠ জুড়ে অ-নির্বাচিতভাবে খোদাই করতে পারে।

(2) ওয়েট এচিং 

ওয়েট এচিং একটি দ্রবণ (এচ্যান্ট) এর সাথে রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করে লক্ষ্যবস্তুকে নিমজ্জিত করার মাধ্যমে অর্জিত এচিং পদ্ধতিকে বোঝায়।

এই এচিং পদ্ধতিটি সহজ, খরচ-কার্যকর এবং ভাল নির্বাচনীতা দেখায় কিন্তু এর আকৃতির অনুপাত কম। মুখোশের প্রান্তের নীচের উপাদানটি ক্ষয়প্রাপ্ত হতে পারে, এটি শুষ্ক খোদাইয়ের চেয়ে কম সুনির্দিষ্ট করে তোলে। নিম্ন আকৃতির অনুপাতের নেতিবাচক প্রভাবগুলি প্রশমিত করার জন্য, উপযুক্ত এচিং রেট বেছে নিতে হবে। এচিং হারকে প্রভাবিত করার কারণগুলির মধ্যে রয়েছে এচ্যান্ট ঘনত্ব, এচিং সময় এবং এচ্যান্ট তাপমাত্রা।**