1. جائزہ
حرارت، جسے تھرمل پروسیسنگ بھی کہا جاتا ہے، مینوفیکچرنگ کے طریقہ کار سے مراد ہے جو اعلی درجہ حرارت پر کام کرتے ہیں، عام طور پر ایلومینیم کے پگھلنے والے مقام سے زیادہ۔
حرارتی عمل عام طور پر اعلی درجہ حرارت والی بھٹی میں کیا جاتا ہے اور اس میں سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ میں کرسٹل کی خرابی کی مرمت کے لیے آکسیڈیشن، ناپاک پھیلاؤ، اور اینیلنگ جیسے بڑے عمل شامل ہوتے ہیں۔
آکسیڈیشن: یہ ایک ایسا عمل ہے جس میں ایک سلیکون ویفر کو آکسیڈنٹس کی فضا میں رکھا جاتا ہے جیسے کہ آکسیجن یا پانی کے بخارات اعلی درجہ حرارت کی گرمی کے علاج کے لیے، جس کی وجہ سے سلیکون ویفر کی سطح پر کیمیائی رد عمل آکسائیڈ فلم بناتا ہے۔
ناپاکی بازی: عمل کی ضروریات کے مطابق سلیکون سبسٹریٹ میں نجاست عناصر کو متعارف کرانے کے لیے اعلی درجہ حرارت کے حالات میں تھرمل بازی کے اصولوں کے استعمال سے مراد ہے، تاکہ اس میں ایک مخصوص ارتکاز کی تقسیم ہو، اس طرح سلیکون مواد کی برقی خصوصیات میں تبدیلی آئے۔
اینیلنگ سے مراد آئن امپلانٹیشن کے بعد سلکان ویفر کو گرم کرنے کا عمل ہے تاکہ آئن امپلانٹیشن کی وجہ سے پیدا ہونے والے جالی کے نقائص کو دور کیا جا سکے۔
آکسیڈیشن/ بازی/ اینیلنگ کے لیے استعمال ہونے والے آلات کی تین بنیادی اقسام ہیں:
- افقی بھٹی؛
- عمودی بھٹی؛
- تیز حرارتی بھٹی: تیز حرارتی علاج کا سامان
روایتی ہیٹ ٹریٹمنٹ کے عمل بنیادی طور پر آئن امپلانٹیشن کی وجہ سے ہونے والے نقصان کو ختم کرنے کے لیے طویل مدتی ہائی ٹمپریچر ٹریٹمنٹ کا استعمال کرتے ہیں، لیکن اس کے نقصانات نامکمل خرابی کو ہٹانا اور امپلانٹڈ نجاستوں کی کم ایکٹیویشن کارکردگی ہیں۔
اس کے علاوہ، زیادہ اینیلنگ درجہ حرارت اور طویل وقت کی وجہ سے، نجاست کی دوبارہ تقسیم ہونے کا امکان ہے، جس کی وجہ سے نجاست کی ایک بڑی مقدار پھیل جاتی ہے اور اتلی جنکشن اور تنگ ناپاکی کی تقسیم کی ضروریات کو پورا کرنے میں ناکام رہتی ہے۔
ریپڈ تھرمل پروسیسنگ (RTP) آلات کا استعمال کرتے ہوئے آئن امپلانٹڈ ویفرز کی تیز تھرمل اینیلنگ ایک ہیٹ ٹریٹمنٹ کا طریقہ ہے جو پورے ویفر کو ایک خاص درجہ حرارت (عام طور پر 400-1300 ° C) پر بہت کم وقت میں گرم کرتا ہے۔
فرنس ہیٹنگ اینیلنگ کے مقابلے میں، اس میں کم تھرمل بجٹ، ڈوپنگ ایریا میں ناپاک حرکت کی چھوٹی رینج، کم آلودگی اور کم پروسیسنگ وقت کے فوائد ہیں۔
تیز رفتار تھرمل اینیلنگ کا عمل مختلف قسم کے توانائی کے ذرائع کا استعمال کرسکتا ہے، اور اینیلنگ ٹائم رینج بہت وسیع ہے (100 سے 10-9 سیکنڈ تک، جیسے لیمپ اینیلنگ، لیزر اینیلنگ، وغیرہ)۔ یہ نجاست کو مکمل طور پر چالو کر سکتا ہے جبکہ نجاست کی دوبارہ تقسیم کو مؤثر طریقے سے دباتا ہے۔ یہ فی الحال 200 ملی میٹر سے زیادہ ویفر قطر کے ساتھ اعلی درجے کے مربوط سرکٹ مینوفیکچرنگ کے عمل میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔
2. دوسری حرارتی عمل
2.1 آکسیکرن عمل
مربوط سرکٹ مینوفیکچرنگ کے عمل میں، سلکان آکسائیڈ فلمیں بنانے کے دو طریقے ہیں: تھرمل آکسیکرن اور جمع۔
آکسیکرن عمل سے مراد تھرمل آکسیکرن کے ذریعہ سلیکون ویفرز کی سطح پر SiO2 بنانے کا عمل ہے۔ تھرمل آکسیڈیشن کے ذریعے بننے والی SiO2 فلم انٹیگریٹڈ سرکٹ مینوفیکچرنگ کے عمل میں اپنی اعلیٰ برقی موصلیت کی خصوصیات اور عمل کی فزیبلٹی کی وجہ سے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔
اس کی سب سے اہم ایپلی کیشنز درج ذیل ہیں:
- خروںچ اور آلودگی سے آلات کی حفاظت؛
- چارجڈ کیریئرز کی فیلڈ آئسولیشن کو محدود کرنا (سطح کا گزرنا)؛
- گیٹ آکسائڈ یا اسٹوریج سیل ڈھانچے میں ڈائی الیکٹرک مواد؛
- ڈوپنگ میں امپلانٹ ماسکنگ؛
- دھات کی ترسیلی تہوں کے درمیان ایک ڈائی الیکٹرک تہہ۔
(1)ڈیوائس کا تحفظ اور تنہائی
ویفر (سلیکون ویفر) کی سطح پر اگنے والا SiO2 سلکان کے اندر حساس آلات کو الگ تھلگ کرنے اور ان کی حفاظت کے لیے ایک مؤثر رکاوٹ پرت کے طور پر کام کر سکتا ہے۔
چونکہ SiO2 ایک سخت اور غیر غیر محفوظ (گھنا) مواد ہے، اس لیے اسے سلیکون کی سطح پر فعال آلات کو مؤثر طریقے سے الگ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سخت SiO2 پرت سلکان ویفر کو خروںچ اور نقصان سے بچائے گی جو مینوفیکچرنگ کے عمل کے دوران ہو سکتے ہیں۔
(2)سطح کی حرکت پذیری۔
سطح کا گزرنا تھرمل طور پر اگائے جانے والے SiO2 کا ایک بڑا فائدہ یہ ہے کہ یہ سلیکون کی سطحی حالت کی کثافت کو اس کے لٹکتے ہوئے بندھنوں کو محدود کر کے کم کر سکتا ہے، ایک اثر جسے سطحی گزرنے کے نام سے جانا جاتا ہے۔
یہ برقی انحطاط کو روکتا ہے اور نمی، آئنوں یا دیگر بیرونی آلودگیوں کی وجہ سے رساو کرنٹ کے راستے کو کم کرتا ہے۔ سخت SiO2 پرت Si کو خروںچ اور عمل کے نقصان سے بچاتی ہے جو پوسٹ پروڈکشن کے دوران ہو سکتا ہے۔
Si سطح پر اگنے والی SiO2 تہہ Si سطح پر برقی طور پر فعال آلودگیوں (موبائل آئن آلودگی) کو باندھ سکتی ہے۔ جنکشن ڈیوائسز کے رساو کرنٹ کو کنٹرول کرنے اور مستحکم گیٹ آکسائیڈ کو بڑھنے کے لیے بھی پاسیویشن اہم ہے۔
ایک اعلیٰ معیار کی پاسیویشن پرت کے طور پر، آکسائیڈ پرت میں معیار کے تقاضے ہوتے ہیں جیسے یکساں موٹائی، کوئی پن ہول اور ویوائڈز نہیں۔
آکسائڈ پرت کو سی سطح کی گزرنے والی پرت کے طور پر استعمال کرنے کا ایک اور عنصر آکسائڈ پرت کی موٹائی ہے۔ آکسائیڈ کی تہہ کافی موٹی ہونی چاہیے تاکہ دھات کی تہہ کو سلیکون کی سطح پر چارج ہونے سے روکا جا سکے، جو عام کیپسیٹرز کی چارج اسٹوریج اور خرابی کی خصوصیات کی طرح ہے۔
SiO2 میں بھی Si سے تھرمل توسیع کا ایک بہت ہی ملتا جلتا گتانک ہے۔ سلیکون ویفرز اعلی درجہ حرارت کے عمل کے دوران پھیلتے ہیں اور ٹھنڈک کے دوران سکڑ جاتے ہیں۔
SiO2 Si کے بہت قریب کی شرح پر پھیلتا یا معاہدہ کرتا ہے، جو تھرمل عمل کے دوران سلکان ویفر کی وارپنگ کو کم کرتا ہے۔ یہ فلم کے دباؤ کی وجہ سے سلکان کی سطح سے آکسائڈ فلم کو الگ کرنے سے بھی بچاتا ہے۔
(3)گیٹ آکسائڈ ڈائی الیکٹرک
MOS ٹیکنالوجی میں عام طور پر استعمال ہونے والے اور اہم گیٹ آکسائیڈ ڈھانچے کے لیے، ایک انتہائی پتلی آکسائیڈ پرت کو ڈائی الیکٹرک مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ چونکہ گیٹ آکسائڈ پرت اور نیچے سی میں اعلی معیار اور استحکام کی خصوصیات ہیں، گیٹ آکسائڈ کی تہہ عام طور پر تھرمل نمو کے ذریعہ حاصل کی جاتی ہے۔
SiO2 میں اعلی ڈائی الیکٹرک طاقت (107V/m) اور ایک اعلی مزاحمتی صلاحیت (تقریبا 1017Ω·cm) ہے۔
MOS آلات کی وشوسنییتا کی کلید گیٹ آکسائڈ پرت کی سالمیت ہے۔ MOS آلات میں گیٹ کا ڈھانچہ کرنٹ کے بہاؤ کو کنٹرول کرتا ہے۔ کیونکہ یہ آکسائیڈ فیلڈ ایفیکٹ ٹیکنالوجی پر مبنی مائیکرو چپس کے کام کی بنیاد ہے،
لہذا، اعلیٰ معیار، بہترین فلم کی موٹائی کی یکسانیت اور نجاست کی عدم موجودگی اس کی بنیادی ضروریات ہیں۔ کوئی بھی آلودگی جو گیٹ آکسائیڈ کے ڈھانچے کے کام کو خراب کر سکتی ہے اسے سختی سے کنٹرول کیا جانا چاہیے۔
(4)ڈوپنگ رکاوٹ
SiO2 کو سلکان کی سطح کے منتخب ڈوپنگ کے لیے ایک مؤثر ماسکنگ پرت کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایک بار جب سلیکون کی سطح پر آکسائیڈ کی تہہ بن جاتی ہے، تو ماسک کے شفاف حصے میں SiO2 کو ایک کھڑکی بنانے کے لیے کھینچا جاتا ہے جس کے ذریعے ڈوپنگ مواد سلیکون ویفر میں داخل ہو سکتا ہے۔
جہاں کھڑکیاں نہیں ہیں، وہاں آکسائیڈ سلکان کی سطح کی حفاظت کر سکتا ہے اور نجاستوں کو پھیلنے سے روک سکتا ہے، اس طرح سلیکٹیو ناپاک امپلانٹیشن کو قابل بناتا ہے۔
ڈوپینٹس SiO2 میں Si کے مقابلے میں آہستہ آہستہ حرکت کرتے ہیں، اس لیے ڈوپینٹس کو روکنے کے لیے صرف ایک پتلی آکسائیڈ پرت کی ضرورت ہوتی ہے (نوٹ کریں کہ یہ شرح درجہ حرارت پر منحصر ہے)۔
آکسائیڈ کی ایک پتلی تہہ (مثلاً، 150 Å موٹی) ان علاقوں میں بھی استعمال کی جا سکتی ہے جہاں آئن امپلانٹیشن کی ضرورت ہوتی ہے، جس کا استعمال سلیکون کی سطح کو پہنچنے والے نقصان کو کم کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔
یہ چینلنگ اثر کو کم کرکے ناپاک امپلانٹیشن کے دوران جنکشن کی گہرائی کو بہتر طور پر کنٹرول کرنے کی بھی اجازت دیتا ہے۔ امپلانٹیشن کے بعد، سلکان کی سطح کو دوبارہ ہموار کرنے کے لیے آکسائیڈ کو منتخب طور پر ہائیڈرو فلورک ایسڈ سے ہٹایا جا سکتا ہے۔
(5)دھاتی تہوں کے درمیان ڈائی الیکٹرک تہہ
SiO2 عام حالات میں بجلی نہیں چلاتا، اس لیے یہ مائیکرو چپس میں دھاتی تہوں کے درمیان ایک موثر موصل ہے۔ SiO2 اوپری دھاتی تہہ اور نچلی دھاتی تہہ کے درمیان شارٹ سرکٹ کو روک سکتا ہے، بالکل اسی طرح جیسے تار پر موجود انسولیٹر شارٹ سرکٹ کو روک سکتا ہے۔
آکسائیڈ کے معیار کی ضرورت یہ ہے کہ یہ پن ہولز اور voids سے پاک ہو۔ زیادہ موثر روانی حاصل کرنے کے لیے اسے اکثر ڈوپ کیا جاتا ہے، جو آلودگی کے پھیلاؤ کو بہتر طریقے سے کم کر سکتا ہے۔ یہ عام طور پر تھرمل نمو کے بجائے کیمیائی بخارات جمع کرنے سے حاصل کیا جاتا ہے۔
ردعمل گیس پر منحصر ہے، آکسیکرن عمل عام طور پر تقسیم کیا جاتا ہے:
- خشک آکسیجن آکسیکرن: Si + O2 → SiO2؛
- گیلے آکسیجن آکسیکرن: 2H2O (پانی کے بخارات) + Si→SiO2+2H2؛
- کلورین ڈوپڈ آکسیکرن: کلورین گیس، جیسے ہائیڈروجن کلورائد (HCl)، dichloroethylene DCE (C2H2Cl2) یا اس کے مشتقات، آکسیجن کی شرح اور آکسائیڈ پرت کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے آکسیجن میں شامل کی جاتی ہیں۔
(1)خشک آکسیجن آکسیکرن عمل: رد عمل میں آکسیجن کے مالیکیول پہلے سے بنی ہوئی آکسائیڈ پرت کے ذریعے پھیلتے ہیں، SiO2 اور Si کے درمیان انٹرفیس تک پہنچتے ہیں، Si کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتے ہیں، اور پھر SiO2 پرت بناتے ہیں۔
خشک آکسیجن آکسیڈیشن کے ذریعے تیار کردہ SiO2 میں گھنے ڈھانچہ، یکساں موٹائی، انجیکشن اور پھیلاؤ کے لیے مضبوط ماسکنگ کی صلاحیت، اور اعلیٰ عمل کی تکرار ہے۔ اس کا نقصان یہ ہے کہ شرح نمو سست ہے۔
یہ طریقہ عام طور پر اعلی معیار کے آکسیکرن کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، جیسے گیٹ ڈائی الیکٹرک آکسیکرن، پتلی بفر پرت آکسیکرن، یا موٹی بفر پرت کے آکسیکرن کے دوران آکسیکرن شروع کرنے اور آکسیکرن کو ختم کرنے کے لیے۔
(2)گیلے آکسیجن آکسیکرن عمل: آبی بخارات کو براہ راست آکسیجن میں لے جایا جا سکتا ہے، یا یہ ہائیڈروجن اور آکسیجن کے رد عمل سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ ہائیڈروجن یا پانی کے بخارات کے جزوی دباؤ کے تناسب کو آکسیجن میں ایڈجسٹ کرکے آکسیکرن کی شرح کو تبدیل کیا جاسکتا ہے۔
نوٹ کریں کہ حفاظت کو یقینی بنانے کے لیے، ہائیڈروجن اور آکسیجن کا تناسب 1.88:1 سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے۔ گیلے آکسیجن کی آکسیکرن ردعمل گیس میں آکسیجن اور پانی کے بخارات دونوں کی موجودگی کی وجہ سے ہے، اور پانی کے بخارات اعلی درجہ حرارت پر ہائیڈروجن آکسائیڈ (HO) میں گل جائیں گے۔
سلکان آکسائیڈ میں ہائیڈروجن آکسائیڈ کے پھیلاؤ کی شرح آکسیجن کی نسبت بہت تیز ہے، اس لیے گیلے آکسیجن آکسیڈیشن کی شرح خشک آکسیجن آکسیڈیشن کی شرح سے تقریباً ایک ترتیب زیادہ ہے۔
(3)کلورین ڈوپڈ آکسیکرن عمل: روایتی خشک آکسیجن آکسیڈیشن اور گیلے آکسیجن آکسیڈیشن کے علاوہ، کلورین گیس، جیسے ہائیڈروجن کلورائد (HCl)، dichloroethylene DCE (C2H2Cl2) یا اس کے مشتق، کو آکسیجن میں شامل کیا جا سکتا ہے تاکہ آکسیڈیشن کی شرح اور آکسیجن پرت کے معیار کو بہتر بنایا جا سکے۔ .
آکسیڈیشن کی شرح میں اضافے کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ جب آکسیڈیشن کے لیے کلورین شامل کی جاتی ہے تو نہ صرف ری ایکٹنٹ میں پانی کے بخارات ہوتے ہیں جو آکسیڈیشن کو تیز کر سکتے ہیں بلکہ کلورین بھی Si اور SiO2 کے درمیان انٹرفیس کے قریب جمع ہو جاتی ہے۔ آکسیجن کی موجودگی میں، کلوروسیلیکون مرکبات آسانی سے سلکان آکسائیڈ میں تبدیل ہو جاتے ہیں، جو آکسیڈیشن کو متحرک کر سکتے ہیں۔
آکسائیڈ پرت کے معیار میں بہتری کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ آکسائیڈ کی تہہ میں موجود کلورین کے ایٹم سوڈیم آئنوں کی سرگرمی کو صاف کر سکتے ہیں، اس طرح آلات اور خام مال کے عمل میں سوڈیم آئن کی آلودگی سے متعارف ہونے والے آکسیڈیشن نقائص کو کم کر سکتے ہیں۔ لہذا، کلورین ڈوپنگ زیادہ تر خشک آکسیجن آکسیکرن کے عمل میں شامل ہے.
2.2 بازی کا عمل
روایتی بازی سے مراد زیادہ ارتکاز والے علاقوں سے کم ارتکاز والے علاقوں میں مادوں کی منتقلی ہے جب تک کہ وہ یکساں طور پر تقسیم نہ ہوں۔ بازی کا عمل فِک کے قانون کی پیروی کرتا ہے۔ پھیلاؤ دو یا دو سے زیادہ مادوں کے درمیان ہو سکتا ہے، اور مختلف علاقوں کے درمیان ارتکاز اور درجہ حرارت کا فرق مادوں کی تقسیم کو یکساں توازن کی حالت میں لے جاتا ہے۔
سیمی کنڈکٹر مواد کی سب سے اہم خصوصیات میں سے ایک یہ ہے کہ ان کی چالکتا کو ڈوپینٹس کی مختلف اقسام یا ارتکاز شامل کرکے ایڈجسٹ کیا جاسکتا ہے۔ مربوط سرکٹ مینوفیکچرنگ میں، یہ عمل عام طور پر ڈوپنگ یا پھیلاؤ کے عمل کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔
ڈیزائن کے اہداف پر منحصر ہے، سیمی کنڈکٹر مواد جیسے سیلیکون، جرمینیم یا III-V مرکبات دو مختلف سیمی کنڈکٹر خصوصیات حاصل کر سکتے ہیں، N-type یا P-type، ڈونر کی نجاست یا قبول کنندہ کی نجاست کے ساتھ ڈوپنگ کے ذریعے۔
سیمی کنڈکٹر ڈوپنگ بنیادی طور پر دو طریقوں سے کی جاتی ہے: بازی یا آئن امپلانٹیشن، ہر ایک کی اپنی خصوصیات ہیں:
ڈفیوژن ڈوپنگ کم مہنگی ہے، لیکن ڈوپنگ مواد کی ارتکاز اور گہرائی کو قطعی طور پر کنٹرول نہیں کیا جا سکتا۔
اگرچہ آئن امپلانٹیشن نسبتا مہنگا ہے، یہ ڈوپینٹ حراستی پروفائلز کے عین مطابق کنٹرول کی اجازت دیتا ہے۔
1970 کی دہائی سے پہلے، انٹیگریٹڈ سرکٹ گرافکس کا فیچر سائز 10μm کے آرڈر پر تھا، اور روایتی تھرمل ڈفیوژن ٹیکنالوجی عام طور پر ڈوپنگ کے لیے استعمال کی جاتی تھی۔
بازی کا عمل بنیادی طور پر سیمی کنڈکٹر مواد کو تبدیل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ مختلف مادوں کو سیمی کنڈکٹر مواد میں پھیلا کر، ان کی چالکتا اور دیگر جسمانی خصوصیات کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔
مثال کے طور پر، مثانے والے عنصر بوران کو سلکان میں پھیلانے سے، ایک P قسم کا سیمی کنڈکٹر بنتا ہے۔ پینٹا ویلنٹ عناصر فاسفورس یا آرسینک کو ڈوپ کرنے سے، ایک این قسم کا سیمی کنڈکٹر بنتا ہے۔ جب زیادہ سوراخوں والا پی قسم کا سیمی کنڈکٹر زیادہ الیکٹران والے N-قسم کے سیمی کنڈکٹر سے رابطے میں آتا ہے، تو ایک PN جنکشن بنتا ہے۔
جیسے جیسے خصوصیت کے سائز سکڑتے ہیں، آئسوٹروپک پھیلاؤ کا عمل ڈوپینٹس کے لیے شیلڈ آکسائیڈ کی تہہ کے دوسری طرف پھیلنا ممکن بناتا ہے، جس سے ملحقہ علاقوں کے درمیان شارٹس پیدا ہوتے ہیں۔
سوائے کچھ خاص استعمال کے (جیسے یکساں طور پر تقسیم شدہ ہائی وولٹیج مزاحم علاقوں کی تشکیل کے لیے طویل مدتی پھیلاؤ)، بازی کے عمل کو بتدریج آئن امپلانٹیشن سے بدل دیا گیا ہے۔
تاہم، 10nm سے کم ٹیکنالوجی کی نسل میں، چونکہ تھری ڈائمینشنل فن فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر (FinFET) ڈیوائس میں فن کا سائز بہت چھوٹا ہے، اس لیے آئن امپلانٹیشن اس کی چھوٹی ساخت کو نقصان پہنچائے گی۔ ٹھوس ذریعہ بازی کے عمل کا استعمال اس مسئلے کو حل کرسکتا ہے۔
2.3 انحطاط کا عمل
اینیلنگ کے عمل کو تھرمل اینیلنگ بھی کہا جاتا ہے۔ عمل یہ ہے کہ سیلیکون ویفر کو ایک خاص مدت کے لیے اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں رکھنا ہے تاکہ کسی خاص عمل کے مقصد کو حاصل کرنے کے لیے سلیکون ویفر کی سطح یا اندر کے مائیکرو اسٹرکچر کو تبدیل کیا جا سکے۔
اینیلنگ کے عمل میں سب سے اہم پیرامیٹرز درجہ حرارت اور وقت ہیں۔ درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا اور وقت جتنا زیادہ ہوگا، تھرمل بجٹ اتنا ہی زیادہ ہوگا۔
اصل مربوط سرکٹ مینوفیکچرنگ کے عمل میں، تھرمل بجٹ کو سختی سے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ اگر عمل کے بہاؤ میں ایک سے زیادہ اینیلنگ کے عمل موجود ہیں، تو تھرمل بجٹ کو متعدد ہیٹ ٹریٹمنٹ کے سپرپوزیشن کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے۔
تاہم، پروسیس نوڈس کے چھوٹے ہونے کے ساتھ، پورے عمل میں قابل اجازت تھرمل بجٹ چھوٹا اور چھوٹا ہوتا جاتا ہے، یعنی اعلی درجہ حرارت والے تھرمل عمل کا درجہ حرارت کم ہوتا جاتا ہے اور وقت کم ہوتا جاتا ہے۔
عام طور پر، اینیلنگ کے عمل کو آئن امپلانٹیشن، پتلی فلم جمع کرنے، دھاتی سلیسائڈ کی تشکیل اور دیگر عملوں کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔ آئن امپلانٹیشن کے بعد سب سے عام تھرمل اینیلنگ ہے۔
آئن امپلانٹیشن سبسٹریٹ ایٹموں کو متاثر کرے گا، جس کی وجہ سے وہ اصل جالی کی ساخت سے الگ ہو جائیں گے اور سبسٹریٹ جالی کو نقصان پہنچائیں گے۔ تھرمل اینیلنگ آئن امپلانٹیشن کی وجہ سے ہونے والے جالیوں کو پہنچنے والے نقصان کی مرمت کر سکتی ہے اور امپلانٹڈ ناپاک ایٹموں کو جالیوں کے خلاء سے جالیوں کی جگہوں پر منتقل کر سکتی ہے، اس طرح ان کو متحرک کر سکتا ہے۔
جالیوں کے نقصان کی مرمت کے لیے درکار درجہ حرارت تقریباً 500 °C ہے، اور ناپاکی کو چالو کرنے کے لیے درکار درجہ حرارت تقریباً 950 °C ہے۔ نظریہ طور پر، اینیلنگ کا وقت جتنا لمبا ہوگا اور درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، نجاست کی ایکٹیویشن کی شرح اتنی ہی زیادہ ہوگی، لیکن بہت زیادہ تھرمل بجٹ نجاست کے بہت زیادہ پھیلاؤ کا باعث بنے گا، جس سے یہ عمل بے قابو ہو جائے گا اور بالآخر آلہ اور سرکٹ کی کارکردگی میں کمی کا باعث بنے گا۔
لہذا، مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، روایتی طویل مدتی فرنس اینیلنگ کو آہستہ آہستہ تیز تھرمل اینیلنگ (RTA) سے تبدیل کر دیا گیا ہے۔
مینوفیکچرنگ کے عمل میں، کچھ مخصوص فلموں کو فلم کی بعض جسمانی یا کیمیائی خصوصیات کو تبدیل کرنے کے لیے جمع کرنے کے بعد تھرمل اینیلنگ کے عمل سے گزرنا پڑتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک ڈھیلی فلم گھنی ہو جاتی ہے، اس کی خشک یا گیلی اینچنگ کی شرح میں تبدیلی؛
ایک اور عام طور پر استعمال ہونے والا اینیلنگ عمل دھاتی سلیسائڈ کی تشکیل کے دوران ہوتا ہے۔ دھاتی فلمیں جیسے کوبالٹ، نکل، ٹائٹینیم، وغیرہ سلکان ویفر کی سطح پر پھٹ جاتی ہیں، اور نسبتاً کم درجہ حرارت پر تیزی سے تھرمل اینیلنگ کے بعد، دھات اور سلکان ایک مرکب بنا سکتے ہیں۔
بعض دھاتیں مختلف درجہ حرارت کے حالات کے تحت مختلف مصرعوں کی تشکیل کرتی ہیں۔ عام طور پر، یہ امید کی جاتی ہے کہ اس عمل کے دوران کم رابطہ مزاحمت اور جسم کی مزاحمت کے ساتھ ایک مرکب مرحلہ تشکیل پائے گا۔
مختلف تھرمل بجٹ کی ضروریات کے مطابق، اینیلنگ کے عمل کو اعلی درجہ حرارت کی فرنس اینیلنگ اور تیز تھرمل اینیلنگ میں تقسیم کیا گیا ہے۔
- اعلی درجہ حرارت فرنس ٹیوب annealing:
یہ اعلی درجہ حرارت، طویل اینیلنگ وقت اور اعلی بجٹ کے ساتھ ایک روایتی اینیلنگ طریقہ ہے۔
کچھ خاص عملوں میں، جیسے کہ SOI سبسٹریٹس کی تیاری کے لیے آکسیجن انجیکشن آئیسولیشن ٹیکنالوجی اور گہرے کنویں کے پھیلاؤ کے عمل میں، یہ بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔ اس طرح کے عمل کو عام طور پر ایک کامل جالی یا یکساں ناپاکی کی تقسیم حاصل کرنے کے لیے زیادہ تھرمل بجٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔
- ریپڈ تھرمل اینیلنگ:
یہ سلکان ویفرز کو انتہائی تیز حرارتی/ٹھنڈا کرنے اور ہدف کے درجہ حرارت پر مختصر رہائش کے ذریعے پروسیسنگ کا عمل ہے، جسے بعض اوقات ریپڈ تھرمل پروسیسنگ (RTP) بھی کہا جاتا ہے۔
انتہائی اتلی جنکشن بنانے کے عمل میں، تیزی سے تھرمل اینیلنگ جالیوں کی خرابی کی مرمت، ناپاکی کو چالو کرنے، اور ناپاکی کے پھیلاؤ کو کم کرنے کے درمیان ایک سمجھوتہ اصلاح حاصل کرتی ہے، اور جدید ٹیکنالوجی کے نوڈس کی تیاری کے عمل میں ناگزیر ہے۔
درجہ حرارت میں اضافہ/زوال کا عمل اور ہدف کے درجہ حرارت پر مختصر قیام دونوں مل کر تیزی سے تھرمل اینیلنگ کا تھرمل بجٹ بناتے ہیں۔
روایتی تیزی سے تھرمل اینیلنگ کا درجہ حرارت تقریباً 1000°C ہوتا ہے اور اس میں سیکنڈ لگتے ہیں۔ حالیہ برسوں میں، تیزی سے تھرمل اینیلنگ کے تقاضے تیزی سے سخت ہو گئے ہیں، اور فلیش اینیلنگ، اسپائک اینیلنگ، اور لیزر اینیلنگ بتدریج ترقی کر چکے ہیں، اینیلنگ کے اوقات ملی سیکنڈ تک پہنچ گئے ہیں، اور یہاں تک کہ مائیکرو سیکنڈز اور سب مائیکرو سیکنڈز کی طرف بڑھنے کا رجحان بھی ہے۔
3 تین حرارتی عمل کا سامان
3.1 بازی اور آکسیکرن کا سامان
پھیلاؤ کا عمل بنیادی طور پر اعلی درجہ حرارت (عام طور پر 900-1200 ℃) کے حالات میں تھرمل بازی کے اصول کو استعمال کرتا ہے تاکہ ناپاک عناصر کو سلکان سبسٹریٹ میں مطلوبہ گہرائی میں شامل کیا جا سکے تاکہ اسے ایک مخصوص ارتکاز کی تقسیم فراہم کی جا سکے، تاکہ بجلی کی خصوصیات کو تبدیل کیا جا سکے۔ مواد اور سیمی کنڈکٹر ڈیوائس کا ڈھانچہ بناتے ہیں۔
سلیکون انٹیگریٹڈ سرکٹ ٹیکنالوجی میں، ڈفیوژن کا عمل PN جنکشن یا اجزاء جیسے ریزسٹرس، کیپسیٹرز، انٹر کنیکٹ وائرنگ، ڈائیوڈس اور ٹرانزسٹرس کو مربوط سرکٹس میں بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور اجزاء کے درمیان تنہائی کے لیے بھی استعمال ہوتا ہے۔
ڈوپنگ ارتکاز کی تقسیم کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے میں ناکامی کی وجہ سے، پھیلاؤ کے عمل کو 200 ملی میٹر اور اس سے اوپر کے ویفر قطر کے ساتھ مربوط سرکٹس کی تیاری میں بتدریج آئن امپلانٹیشن ڈوپنگ کے عمل سے بدل دیا گیا ہے، لیکن تھوڑی مقدار اب بھی بھاری مقدار میں استعمال ہوتی ہے۔ ڈوپنگ کے عمل.
روایتی بازی کا سامان بنیادی طور پر افقی بازی بھٹی ہے، اور عمودی بازی بھٹیوں کی ایک چھوٹی سی تعداد بھی ہے۔
افقی بازی بھٹی:
یہ ایک ہیٹ ٹریٹمنٹ کا سامان ہے جو وسیع پیمانے پر 200 ملی میٹر سے کم ویفر قطر کے ساتھ مربوط سرکٹس کے پھیلاؤ کے عمل میں استعمال ہوتا ہے۔ اس کی خصوصیات یہ ہیں کہ ہیٹنگ فرنس باڈی، ری ایکشن ٹیوب اور کوارٹز بوٹ کو لے جانے والی ویفرز سبھی افقی طور پر رکھی گئی ہیں، اس لیے اس میں ویفرز کے درمیان اچھی یکسانیت کی عمل کی خصوصیات ہیں۔
یہ انٹیگریٹڈ سرکٹ پروڈکشن لائن پر نہ صرف اہم فرنٹ اینڈ آلات میں سے ایک ہے بلکہ ڈفیوژن، آکسیڈیشن، اینیلنگ، الائینگ اور صنعتوں میں دیگر عمل جیسے کہ مجرد ڈیوائسز، پاور الیکٹرانک ڈیوائسز، آپٹیکل الیکٹرانک ڈیوائسز اور آپٹیکل فائبرز میں بھی وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ .
عمودی بازی بھٹی:
عام طور پر 200 ملی میٹر اور 300 ملی میٹر کے قطر والے ویفرز کے لیے مربوط سرکٹ کے عمل میں استعمال ہونے والے بیچ ہیٹ ٹریٹمنٹ کے آلات سے مراد ہے، جسے عام طور پر عمودی فرنس کہا جاتا ہے۔
عمودی ڈفیوژن فرنس کی ساختی خصوصیات یہ ہیں کہ حرارتی فرنس باڈی، ری ایکشن ٹیوب اور کوارٹج بوٹ جو ویفر کو لے کر جاتی ہے سب عمودی طور پر رکھے جاتے ہیں، اور ویفر کو افقی طور پر رکھا جاتا ہے۔ اس میں ویفر کے اندر اچھی یکسانیت، اعلیٰ درجے کی آٹومیشن، اور مستحکم نظام کی کارکردگی کی خصوصیات ہیں، جو بڑے پیمانے پر مربوط سرکٹ پروڈکشن لائنوں کی ضروریات کو پورا کر سکتی ہیں۔
عمودی پھیلاؤ فرنس سیمی کنڈکٹر انٹیگریٹڈ سرکٹ پروڈکشن لائن میں ایک اہم سامان ہے اور عام طور پر پاور الیکٹرانک ڈیوائسز (IGBT) وغیرہ کے شعبوں میں متعلقہ عمل میں بھی استعمال ہوتا ہے۔
عمودی پھیلاؤ فرنس آکسیڈیشن کے عمل پر لاگو ہوتا ہے جیسے خشک آکسیجن آکسیکرن، ہائیڈروجن-آکسیجن کی ترکیب آکسیکرن، سلکان آکسینیٹرائڈ آکسیکرن، اور پتلی فلم کی ترقی کے عمل جیسے کہ سلکان ڈائی آکسائیڈ، پولی سیلیکون، سلکان نائٹرائڈ (Sito3)، اور Aito3۔
یہ عام طور پر اعلی درجہ حرارت کی اینیلنگ، تانبے کی اینیلنگ اور ملاوٹ کے عمل میں بھی استعمال ہوتا ہے۔ بازی کے عمل کے لحاظ سے، عمودی پھیلاؤ بھٹیوں کو بعض اوقات بھاری ڈوپنگ کے عمل میں بھی استعمال کیا جاتا ہے۔
3.2 تیز اینیلنگ کا سامان
ریپڈ تھرمل پروسیسنگ (RTP) کا سامان سنگل ویفر ہیٹ ٹریٹمنٹ کا سامان ہے جو ویفر کے درجہ حرارت کو اس عمل کے لیے درکار درجہ حرارت (200-1300°C) تک تیزی سے بڑھا سکتا ہے اور اسے جلدی سے ٹھنڈا کر سکتا ہے۔ حرارتی/کولنگ کی شرح عام طور پر 20-250 ° C/s ہے۔
توانائی کے ذرائع کی وسیع رینج اور اینیلنگ ٹائم کے علاوہ، RTP آلات میں دیگر بہترین عمل کی کارکردگی بھی ہوتی ہے، جیسے بہترین تھرمل بجٹ کنٹرول اور سطح کی بہتر یکسانیت (خاص طور پر بڑے سائز کے ویفرز کے لیے)، آئن امپلانٹیشن کی وجہ سے ویفر کو پہنچنے والے نقصان کی مرمت، اور متعدد چیمبر بیک وقت مختلف عمل کے مراحل چلا سکتے ہیں۔
اس کے علاوہ، RTP آلات لچکدار طریقے سے اور فوری طور پر پروسیس گیسوں کو تبدیل اور ایڈجسٹ کر سکتے ہیں، تاکہ گرمی کے علاج کے ایک ہی عمل میں متعدد ہیٹ ٹریٹمنٹ کے عمل کو مکمل کیا جا سکے۔
RTP کا سامان عام طور پر تیز تھرمل اینیلنگ (RTA) میں استعمال ہوتا ہے۔ آئن امپلانٹیشن کے بعد، آئن امپلانٹیشن سے ہونے والے نقصان کو ٹھیک کرنے، ڈوپڈ پروٹون کو فعال کرنے اور ناپاکی کے پھیلاؤ کو مؤثر طریقے سے روکنے کے لیے RTP آلات کی ضرورت ہوتی ہے۔
عام طور پر، جالیوں کے نقائص کی مرمت کے لیے درجہ حرارت تقریباً 500 ° C ہے، جبکہ ڈوپڈ ایٹموں کو چالو کرنے کے لیے 950 ° C کی ضرورت ہوتی ہے۔ نجاست کے فعال ہونے کا تعلق وقت اور درجہ حرارت سے ہے۔ جتنا لمبا وقت اور درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوتا ہے، نجاست اتنی ہی مکمل طور پر متحرک ہوتی ہے، لیکن یہ نجاست کے پھیلاؤ کو روکنے کے لیے سازگار نہیں ہوتی۔
چونکہ RTP آلات میں درجہ حرارت میں تیزی سے اضافہ/زوال اور مختصر دورانیے کی خصوصیات ہیں، اس لیے آئن امپلانٹیشن کے بعد اینیلنگ کا عمل جعلی نقائص کی مرمت، ناپاکی کو چالو کرنے اور ناپاک پھیلاؤ کی روک تھام کے درمیان پیرامیٹر کے بہترین انتخاب کو حاصل کر سکتا ہے۔
آر ٹی اے کو بنیادی طور پر درج ذیل چار زمروں میں تقسیم کیا گیا ہے۔:
(1)سپائیک اینیلنگ
اس کی خصوصیت یہ ہے کہ یہ تیز رفتار حرارتی/ٹھنڈک کے عمل پر توجہ مرکوز کرتا ہے، لیکن بنیادی طور پر اس میں حرارت کے تحفظ کا کوئی عمل نہیں ہے۔ اسپائک اینیلنگ بہت کم وقت کے لیے اعلی درجہ حرارت کے مقام پر رہتی ہے، اور اس کا بنیادی کام ڈوپنگ عناصر کو چالو کرنا ہے۔
اصل ایپلی کیشنز میں، ویفر ایک مخصوص سٹینڈ بائی ٹمپریچر پوائنٹ سے تیزی سے گرم ہونا شروع ہو جاتا ہے اور ہدف کے درجہ حرارت کے پوائنٹ تک پہنچنے کے بعد فوراً ٹھنڈا ہو جاتا ہے۔
چونکہ ہدف درجہ حرارت پوائنٹ (یعنی چوٹی کا درجہ حرارت پوائنٹ) پر دیکھ بھال کا وقت بہت کم ہوتا ہے، اس لیے اینیلنگ کا عمل ناپاکی کو چالو کرنے کی ڈگری کو زیادہ سے زیادہ اور ناپاکی کے پھیلاؤ کی ڈگری کو کم سے کم کر سکتا ہے، جبکہ اینیلنگ کی مرمت کی اچھی خصوصیات ہونے کے نتیجے میں یہ زیادہ ہو جاتا ہے۔ بانڈنگ معیار اور کم رساو کرنٹ۔
اسپائک اینیلنگ 65nm کے بعد انتہائی اتلی جنکشن کے عمل میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔ اسپائک اینیلنگ کے عمل کے پیرامیٹرز میں بنیادی طور پر چوٹی کا درجہ حرارت، چوٹی کے رہنے کا وقت، درجہ حرارت کا فرق اور عمل کے بعد ویفر مزاحمت شامل ہیں۔
چوٹی کی رہائش کا وقت جتنا کم ہوگا، اتنا ہی بہتر ہے۔ یہ بنیادی طور پر درجہ حرارت کنٹرول سسٹم کے حرارتی/کولنگ کی شرح پر منحصر ہے، لیکن منتخب عمل گیس ماحول بعض اوقات اس پر ایک خاص اثر بھی ڈالتا ہے۔
مثال کے طور پر، ہیلیم میں ایک چھوٹا جوہری حجم اور تیز رفتار پھیلاؤ کی شرح ہے، جو تیز رفتار اور یکساں حرارت کی منتقلی کے لیے سازگار ہے اور چوٹی کی چوڑائی یا چوٹی کے رہائش کے وقت کو کم کر سکتی ہے۔ لہذا، ہیلیم کو بعض اوقات حرارتی اور ٹھنڈک میں مدد کے لیے منتخب کیا جاتا ہے۔
(2)لیمپ اینیلنگ
چراغ annealing ٹیکنالوجی بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے. ہالوجن لیمپ عام طور پر تیز رفتار اینیلنگ گرمی کے ذرائع کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ ان کی اعلی حرارتی/کولنگ کی شرح اور درست درجہ حرارت کنٹرول 65nm سے اوپر کے مینوفیکچرنگ عمل کی ضروریات کو پورا کر سکتا ہے۔
تاہم، یہ 45nm عمل کی سخت ضروریات کو پوری طرح سے پورا نہیں کر سکتا (45nm عمل کے بعد، جب منطق LSI کا نکل-سلیکون رابطہ ہوتا ہے، ویفر کو تیزی سے 200 ° C سے 1000 ° C تک ملی سیکنڈ کے اندر گرم کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، لہذا عام طور پر لیزر اینیلنگ کی ضرورت ہوتی ہے)۔
(3)لیزر اینیلنگ
لیزر اینیلنگ ویفر کی سطح کے درجہ حرارت کو تیزی سے بڑھانے کے لیے لیزر کو براہ راست استعمال کرنے کا عمل ہے جب تک کہ یہ سلکان کرسٹل کو پگھلانے کے لیے کافی نہ ہو، جس سے یہ انتہائی فعال ہو جائے۔
لیزر اینیلنگ کے فوائد انتہائی تیز حرارتی اور حساس کنٹرول ہیں۔ اسے فلیمینٹ ہیٹنگ کی ضرورت نہیں ہے اور بنیادی طور پر درجہ حرارت کے وقفے اور تنت کی زندگی میں کوئی مسئلہ نہیں ہے۔
تاہم، تکنیکی نقطہ نظر سے، لیزر اینیلنگ میں رساو کرنٹ اور باقیات کی خرابی کے مسائل ہیں، جس کا آلہ کی کارکردگی پر بھی خاص اثر پڑے گا۔
(4)فلیش اینیلنگ
فلیش اینیلنگ ایک اینیلنگ ٹکنالوجی ہے جو ایک مخصوص پہلے سے گرم درجہ حرارت پر ویفرز پر اسپائک اینیلنگ انجام دینے کے لئے اعلی شدت والی تابکاری کا استعمال کرتی ہے۔
ویفر کو 600-800 ° C پر پہلے سے گرم کیا جاتا ہے، اور پھر قلیل وقتی نبض کی شعاع ریزی کے لیے زیادہ شدت والی تابکاری کا استعمال کیا جاتا ہے۔ جب ویفر کا چوٹی کا درجہ حرارت مطلوبہ اینیلنگ درجہ حرارت تک پہنچ جاتا ہے، تو تابکاری کو فوری طور پر بند کر دیا جاتا ہے۔
جدید مربوط سرکٹ مینوفیکچرنگ میں RTP کا سامان تیزی سے استعمال ہو رہا ہے۔
RTA کے عمل میں وسیع پیمانے پر استعمال ہونے کے علاوہ، RTP کا سامان تیزی سے تھرمل آکسیڈیشن، تیز تھرمل نائٹریڈیشن، تیز تھرمل بازی، تیز کیمیائی بخارات جمع کرنے کے ساتھ ساتھ دھاتی سلیسائڈ جنریشن اور ایپیٹیکسیل عمل میں بھی استعمال ہونا شروع ہو گیا ہے۔
————————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera فراہم کر سکتے ہیںگریفائٹ حصوں،نرم/سخت محسوس ہوا۔،سلکان کاربائیڈ حصوں،سی وی ڈی سلکان کاربائیڈ پارٹس، اورSiC/TaC لیپت حصے30 دنوں میں مکمل سیمی کنڈکٹر عمل کے ساتھ۔
اگر آپ مندرجہ بالا سیمی کنڈکٹر مصنوعات میں دلچسپی رکھتے ہیں،براہ کرم پہلی بار ہم سے رابطہ کرنے میں سنکوچ نہ کریں۔
ٹیلی فون: +86-13373889683
واٹس ایپ: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
پوسٹ ٹائم: اگست-27-2024