چپ مینوفیکچرنگ: اینچنگ کا سامان اور عمل

سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے عمل میں،اینچنگٹیکنالوجی ایک اہم عمل ہے جو پیچیدہ سرکٹ پیٹرن بنانے کے لیے سبسٹریٹ پر موجود ناپسندیدہ مواد کو درست طریقے سے ہٹانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ مضمون تفصیل سے دو مین اسٹریم اینچنگ ٹیکنالوجیز متعارف کرائے گا – capacitively coupled Plasma Eching (CCP) اور inductively coupled Plasma Eching (آئی سی پی)، اور مختلف مواد کی نقاشی میں ان کی ایپلی کیشنز کو دریافت کریں۔

Capacitively کپلڈ پلازما اینچنگ (CCP)

کپیسیٹیو کپلڈ پلازما ایچنگ (سی سی پی) ایک میچر اور ڈی سی بلاکنگ کیپسیٹر کے ذریعے دو متوازی پلیٹ الیکٹروڈ پر آر ایف وولٹیج لگا کر حاصل کیا جاتا ہے۔ دو الیکٹروڈ اور پلازما مل کر ایک مساوی کپیسیٹر بناتے ہیں۔ اس عمل میں، RF وولٹیج الیکٹروڈ کے قریب ایک capacitive میان بناتا ہے، اور میان کی حد وولٹیج کی تیز رفتار دوغلی کے ساتھ بدل جاتی ہے۔ جب الیکٹران اس تیزی سے بدلتی ہوئی میان تک پہنچتے ہیں، تو وہ منعکس ہوتے ہیں اور توانائی حاصل کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں پلازما بنانے کے لیے گیس کے مالیکیولز کی تحلیل یا آئنائزیشن شروع ہوتی ہے۔ سی سی پی ایچنگ عام طور پر اعلی کیمیائی بانڈ توانائی والے مواد پر لاگو ہوتی ہے، جیسے ڈائی الیکٹرکس، لیکن اس کی اینچنگ کی شرح کم ہونے کی وجہ سے، یہ ان ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہے جن کو ٹھیک کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔

انڈکٹو کپلڈ پلازما ایچنگ (ICP)

inductively جوڑے پلازمااینچنگ(ICP) اس اصول پر مبنی ہے کہ ایک متبادل کرنٹ ایک کنڈلی سے گزرتا ہے تاکہ ایک حوصلہ افزائی مقناطیسی میدان پیدا ہو۔ اس مقناطیسی میدان کے عمل کے تحت، رد عمل کے چیمبر میں الیکٹران تیز ہو جاتے ہیں اور حوصلہ افزائی برقی میدان میں تیز ہوتے رہتے ہیں، بالآخر رد عمل گیس کے مالیکیولز سے ٹکرا جاتے ہیں، جس سے مالیکیول الگ ہو جاتے ہیں یا آئنائز ہو جاتے ہیں اور پلازما بن جاتے ہیں۔ یہ طریقہ اعلی آئنائزیشن کی شرح پیدا کرسکتا ہے اور پلازما کی کثافت اور بمباری توانائی کو آزادانہ طور پر ایڈجسٹ کرنے کی اجازت دیتا ہے، جس سےآئی سی پی ایچنگکم کیمیکل بانڈ توانائی، جیسے سلیکون اور دھات کے ساتھ مواد کی نقاشی کے لیے بہت موزوں ہے۔ اس کے علاوہ، ICP ٹیکنالوجی بہتر یکسانیت اور اینچنگ کی شرح بھی فراہم کرتی ہے۔

1. دھاتی نقاشی۔

میٹل اینچنگ بنیادی طور پر آپس میں جڑے ہوئے اور ملٹی لیئر میٹل وائرنگ کی پروسیسنگ کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ اس کی ضروریات میں شامل ہیں: ہائی ایچنگ ریٹ، ہائی سلیکٹیوٹی (ماسک کی تہہ کے لیے 4:1 سے زیادہ اور انٹرلیئر ڈائی الیکٹرک کے لیے 20:1 سے زیادہ)، ہائی ایچنگ کی یکسانیت، اچھا تنقیدی جہت کنٹرول، پلازما کو کوئی نقصان نہیں، کم بقایا آلودگی، اور دھات کو کوئی سنکنرن نہیں. میٹل اینچنگ عام طور پر انڈکٹو کپلڈ پلازما اینچنگ کا سامان استعمال کرتی ہے۔

•ایلومینیم ایچنگ: ایلومینیم چپ مینوفیکچرنگ کے درمیانی اور پچھلے مراحل میں تاروں کا سب سے اہم مواد ہے، جس میں کم مزاحمت، آسان جمع اور اینچنگ کے فوائد ہیں۔ ایلومینیم اینچنگ میں عام طور پر کلورائیڈ گیس (جیسے Cl2) سے تیار کردہ پلازما استعمال ہوتا ہے۔ ایلومینیم کلورین کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے اتار چڑھاؤ والے ایلومینیم کلورائد (AlCl3) پیدا کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، ایلومینیم کی سطح پر آکسائیڈ کی تہہ کو ہٹانے کے لیے دیگر ہالائیڈز جیسے SiCl4، BCl3، BBr3، CCl4، CHF3 وغیرہ کو شامل کیا جا سکتا ہے تاکہ عام اینچنگ کو یقینی بنایا جا سکے۔

• ٹنگسٹن اینچنگ: کثیر پرت والے دھاتی تار کے باہمی ربط کے ڈھانچے میں، ٹنگسٹن وہ اہم دھات ہے جو چپ کے درمیانی حصے کے باہمی ربط کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ فلورین پر مبنی یا کلورین پر مبنی گیسوں کو دھاتی ٹنگسٹن کو کھینچنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن فلورین پر مبنی گیسوں میں سلکان آکسائیڈ کے لیے کم سلیکٹیوٹی ہوتی ہے، جبکہ کلورین پر مبنی گیسیں (جیسے CCl4) بہتر سلیکٹیوٹی رکھتی ہیں۔ نائٹروجن کو عام طور پر ہائی اینچنگ گلو سلیکٹیوٹی حاصل کرنے کے لیے ری ایکشن گیس میں شامل کیا جاتا ہے، اور کاربن کے جمع ہونے کو کم کرنے کے لیے آکسیجن شامل کی جاتی ہے۔ کلورین پر مبنی گیس کے ساتھ ٹنگسٹن کی کھدائی انیسوٹروپک اینچنگ اور اعلی انتخاب کو حاصل کر سکتی ہے۔ ٹنگسٹن کی خشک اینچنگ میں استعمال ہونے والی گیسیں بنیادی طور پر SF6، Ar اور O2 ہیں، جن میں سے SF6 کو فلورین ایٹم فراہم کرنے کے لیے پلازما میں گلایا جا سکتا ہے اور فلورائیڈ پیدا کرنے کے لیے کیمیائی رد عمل کے لیے ٹنگسٹن۔

• ٹائٹینیم نائٹرائڈ اینچنگ: ٹائٹینیم نائٹرائڈ، ایک سخت ماسک مواد کے طور پر، دوہری ڈیماسین کے عمل میں روایتی سلکان نائٹرائڈ یا آکسائڈ ماسک کی جگہ لے لیتا ہے۔ ٹائٹینیم نائٹرائڈ اینچنگ بنیادی طور پر سخت ماسک کھولنے کے عمل میں استعمال ہوتی ہے، اور اہم ردعمل کی مصنوعات TiCl4 ہے۔ روایتی ماسک اور لو-کے ڈائی الیکٹرک پرت کے درمیان سلیکٹیوٹی زیادہ نہیں ہے، جس کی وجہ سے لو-k ڈائی الیکٹرک پرت کے اوپری حصے پر آرک کی شکل کا پروفائل نظر آئے گا اور اینچنگ کے بعد نالی کی چوڑائی میں توسیع ہوگی۔ جمع شدہ دھاتی لائنوں کے درمیان فاصلہ بہت چھوٹا ہے، جو کہ رساو یا براہ راست ٹوٹ پھوٹ کا شکار ہے۔

2. انسولیٹر اینچنگ

انسولیٹر اینچنگ کا مقصد عام طور پر ڈائی الیکٹرک میٹریل ہوتے ہیں جیسے سلیکان ڈائی آکسائیڈ یا سلکان نائٹرائڈ، جو کہ مختلف سرکٹ کی تہوں کو جوڑنے کے لیے رابطے کے سوراخ اور چینل کے سوراخ بنانے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ ڈائی الیکٹرک ایچنگ عام طور پر کپیسیٹیو کپلڈ پلازما اینچنگ کے اصول پر مبنی اینچر کا استعمال کرتی ہے۔

• سلیکان ڈائی آکسائیڈ فلم کی پلازما اینچنگ: سلیکون ڈائی آکسائیڈ فلم کو عام طور پر اینچنگ گیسوں کا استعمال کرتے ہوئے بنایا جاتا ہے جس میں فلورین ہوتی ہے، جیسے CF4، CHF3، C2F6، SF6 اور C3F8۔ اینچنگ گیس میں موجود کاربن آکسائیڈ کی تہہ میں موجود آکسیجن کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے CO اور CO2 پیدا کر سکتا ہے، جس سے آکسائیڈ کی تہہ میں موجود آکسیجن ختم ہو جاتی ہے۔ CF4 سب سے زیادہ استعمال ہونے والی اینچنگ گیس ہے۔ جب CF4 اعلی توانائی والے الیکٹرانوں سے ٹکراتا ہے تو مختلف آئن، ریڈیکلز، ایٹم اور فری ریڈیکلز پیدا ہوتے ہیں۔ فلورین فری ریڈیکلز SiO2 اور Si کے ساتھ کیمیاوی طور پر رد عمل ظاہر کر کے غیر مستحکم سلکان ٹیٹرافلوورائیڈ (SiF4) پیدا کر سکتے ہیں۔

• سلیکون نائٹرائڈ فلم کی پلازما اینچنگ: سی ایف 4 یا سی ایف 4 مکسڈ گیس (O2، SF6 اور NF3 کے ساتھ) کے ساتھ پلازما اینچنگ کا استعمال کرتے ہوئے سلیکن نائٹرائڈ فلم کو اینچ کیا جا سکتا ہے۔ Si3N4 فلم کے لیے، جب CF4-O2 پلازما یا F ایٹموں پر مشتمل دیگر گیس پلازما کو اینچنگ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، تو سلکان نائٹرائڈ کی ایچنگ کی شرح 1200Å/منٹ تک پہنچ سکتی ہے، اور ایچنگ سلیکٹیوٹی زیادہ سے زیادہ 20:1 ہو سکتی ہے۔ اہم پروڈکٹ غیر مستحکم سلکان ٹیٹرافلوورائیڈ (SiF4) ہے جسے نکالنا آسان ہے۔

4. سنگل کرسٹل سلکان اینچنگ

سنگل کرسٹل سلکان اینچنگ بنیادی طور پر اتلی خندق تنہائی (STI) بنانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ اس عمل میں عام طور پر ایک پیش رفت کا عمل اور ایک اہم اینچنگ عمل شامل ہوتا ہے۔ پیش رفت کا عمل مضبوط آئن بمباری اور فلورین عناصر کے کیمیائی عمل کے ذریعے سنگل کرسٹل سلکان کی سطح پر آکسائیڈ کی تہہ کو ہٹانے کے لیے SiF4 اور NF گیس کا استعمال کرتا ہے۔ مین اینچنگ ہائیڈروجن برومائیڈ (HBr) کو بطور مین اینچنگ استعمال کرتی ہے۔ پلازما کے ماحول میں HBr کے ذریعے گلنے والے برومین ریڈیکلز سلکان کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتے ہیں اور غیر مستحکم سلکان ٹیٹرابرومائیڈ (SiBr4) بناتے ہیں، اس طرح سلکان کو ہٹا دیتے ہیں۔ سنگل کرسٹل سلکان اینچنگ عام طور پر انڈکٹو کپلڈ پلازما اینچنگ مشین کا استعمال کرتی ہے۔

5. پولی سیلیکون اینچنگ

پولی سیلیکون اینچنگ ان اہم عملوں میں سے ایک ہے جو ٹرانزسٹروں کے گیٹ کے سائز کا تعین کرتی ہے، اور گیٹ کا سائز انٹیگریٹڈ سرکٹس کی کارکردگی کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔ پولی سیلیکون اینچنگ کے لیے اچھے سلیکٹیوٹی ریشو کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہالوجن گیسیں جیسے کلورین (Cl2) عام طور پر انیسوٹروپک اینچنگ کو حاصل کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہیں، اور ان کا انتخابی تناسب اچھا ہوتا ہے (10:1 تک)۔ برومین پر مبنی گیسیں جیسے ہائیڈروجن برومائڈ (HBr) زیادہ سلیکٹیوٹی ریشو (100:1 تک) حاصل کر سکتی ہیں۔ کلورین اور آکسیجن کے ساتھ HBr کا مرکب اینچنگ کی شرح کو بڑھا سکتا ہے۔ ہالوجن گیس اور سلکان کی رد عمل کی مصنوعات کو حفاظتی کردار ادا کرنے کے لیے سائیڈ والز پر جمع کیا جاتا ہے۔ پولی سیلیکون اینچنگ عام طور پر انڈکٹو کپلڈ پلازما اینچنگ مشین کا استعمال کرتی ہے۔

چاہے یہ capacitively کپلڈ پلازما اینچنگ ہو یا inductively coupled Plasma Eching، ہر ایک کے اپنے منفرد فوائد اور تکنیکی خصوصیات ہیں۔ ایک مناسب اینچنگ ٹیکنالوجی کا انتخاب نہ صرف پیداواری کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے بلکہ حتمی مصنوعات کی پیداوار کو بھی یقینی بنا سکتا ہے۔