पश्च प्रतिक्रियाशील-आयन निक्षारण

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पश्च प्रतिक्रियाशील-आयन निक्षारण (डीआरआईई) एक अत्यधिक विषमदैशिक निक्षारण प्रक्रिया है जिसका उपयोग सामान्यतः उच्च अभिमुखता अनुपात (छवि) के साथ पटलिका (अर्धचालक) / क्रियाधार में गहरी अंतर्वेशन, खड़ी-किनारे वाले छिद्र और खंदक को बनाने के लिए किया जाता है। इसे सूक्ष्म विद्युत् यांत्रिक क्रमवीक्षण प्रणाली (एमईएमएस) के लिए विकसित किया गया था, जिसके लिए इन सुविधाओं की आवश्यकता होती है, लेकिन इसका उपयोग गतिशील रैंडम एक्सेस मेमोरी के लिए उच्च-घनत्व संधारित्र के लिए खंदक की संदंशाकार के लिए भी किया जाता है और हाल ही में उन्नत 3डी वेफर स्तर पैकेजिंग प्रौद्योगिकी में सिलिकॉन वियास (थ्रू-सिलिकॉन वाया) बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। डीआरआईई में, कार्यद्रव को एक प्रतिघातक के अंदर रखा जाता है, और कई गैसों को प्रस्तुत किया जाता है। गैस के मिश्रण में एक प्रद्रव्य मारा जाता है जो गैस के अणुओं को आयनों में तोड़ देता है। आयनों की ओर तेजी आई, और सामग्री की सतह के साथ प्रतिक्रिया की जा रही है, जिससे एक और गैसीय तत्व बनता है। इसे प्रतिक्रियाशील आयन निक्षारण के रासायनिक भाग के रूप में जाना जाता है। एक भौतिक भाग भी है, यदि आयनों में पर्याप्त ऊर्जा है, तो वे रासायनिक प्रतिक्रिया के बिना खोदी जाने वाली सामग्री से परमाणुओं को बाहर निकाल सकते हैं।

डीआरआईई RIE का एक विशेष उपवर्ग है।

उच्च-दर डीआरआईई के लिए दो मुख्य प्रौद्योगिकियाँ हैं: परिशीतन और बॉश, हालाँकि बॉश प्रक्रिया एकमात्र मान्यता प्राप्त उत्पादन तकनीक है। बॉश और शीतजन दोनों प्रक्रियाएं 90° (वास्तव में लंबवत) दीवारों का निर्माण कर सकती हैं, लेकिन प्रायः दीवारें थोड़ी पतली होती हैं, उदा. 88° (पुनः प्रवेशी) या 92° (प्रतिगामी)।

एक अन्य तंत्र साइडवॉल पासिवेशन है: SiOxFy कार्यात्मक समूह (जो सल्फर हेक्साफ्लोराइड और ऑक्सीजन निक्षारण गैसों से उत्पन्न होते हैं) साइडवॉल पर संघनित होते हैं, और उन्हें पार्श्व निक्षारण से बचाते हैं। इन प्रक्रियाओं के संयोजन के रूप में गहरी ऊर्ध्वाधर संरचनाएँ बनाई जा सकती हैं।

परिशीतन प्रक्रिया

परिशीतन-डीआरआईई में, वेफर को -110 °C (163 केल्विन) तक ठंडा किया जाता है। कम तापमान रासायनिक प्रतिक्रिया को धीमा कर देता है जो समदैशिक निक्षारण उत्पन्न करता है। हालाँकि, आयन ऊपर की ओर की सतहों पर बौछार करना जारी रखते हैं और उन्हें दूर कर देते हैं। यह प्रक्रिया अत्यधिक ऊर्ध्वाधर साइडवॉल के साथ खंदक का निर्माण करती है। शीतजन-डीआरआईई के साथ प्राथमिक समस्या यह है कि अत्यधिक ठंड के तहत कार्यद्रव पर मानक मास्क टूट जाते हैं, साथ ही निक्षारण उपजात में निकटतम ठंडी सतह, यानी कार्यद्रव या इलेक्ट्रोड पर जमा होने की प्रवृत्ति होती है।

बॉश प्रक्रिया

A silicon pillar fabricated using the Bosch process
बॉश प्रक्रिया का उपयोग करके निर्मित एक सिलिकॉन सूक्ष्म-स्तम्भ

बॉश प्रक्रिया, जिसका नाम जर्मन कंपनी रॉबर्ट बॉश जीएमबीएच के नाम पर रखा गया, जिसने इस प्रक्रिया का एकस्वीकृत कराया,[1][2][3][4][5][6] स्पंदित या समय-बहुसंकेतन निक्षारण के रूप में भी जाना जाता है, लगभग लंबवत संरचनाओं को प्राप्त करने के लिए बार-बार दो प्रणाली के बीच वैकल्पिक होता है:

  1. एक मानक, लगभग समदैशिक प्लाज्मा निक्षारण। प्लाज्मा में कुछ आयन होते हैं, जो वेफर पर लगभग ऊर्ध्वाधर दिशा से हमला करते हैं। सल्फर हेक्साफ्लोराइड [SF6] प्रायः सिलिकॉन के लिए प्रयोग किया जाता है।
  2. रासायनिक रूप से निष्क्रिय निष्क्रियता (रसायन विज्ञान) परत का जमाव। (उदाहरण के लिए, ऑक्टाफ्लोरोसाइक्लोब्यूटेन [C4F8] स्रोत गैस टेफ्लान के समान पदार्थ उत्पन्न करती है।)
Undulating sidewall as a result of the Bosch process
बॉश प्रक्रिया का उपयोग करके बनाई गई एक सिलिकॉन संरचना का लहरदार साइडवॉल

प्रत्येक चरण कई सेकंड तक रहता है। निष्क्रियता परत पूरे कार्यद्रव को आगे के रासायनिक हमले से बचाती है और आगे की निक्षारण को रोकती है। हालांकि, निक्षारण के चरण के दौरान, कार्यद्रव पर बौछार करने वाले दिशात्मक आयन खंदक के तल पर निष्क्रियता परत पर हमला करते हैं (लेकिन पक्षों के साथ नहीं)। वे इसके साथ टकराते हैं और इसे अलग कर देते हैं, और कार्यद्रव को रासायनिक आदिक के लिए उजागर करते हैं।

इन निक्षारण/जमा करने के चरणों की कई बार पुनरावर्ती की जाती है जिसके परिणामस्वरूप बड़ी संख्या में बहुत छोटेसमदैशिक निक्षारण कदम केवल निक्षारण तल पर होते हैं। उदाहरण के लिए, 0.5 मिमी सिलिकॉन वेफर से खोदने के लिए, 100-1000 निक्षारण/जमा करने के चरणों की आवश्यकता होती है। दो-चरण की प्रक्रिया के कारण फुटपाथ लगभग 100-500 नैनोमीटर के आयाम के साथ लहराते हैं। चक्र समय को समायोजित किया जा सकता है: छोटे चक्रों से निर्बाध दीवारें बनती हैं, और लंबे चक्रों से उच्च निक्षारण दर प्राप्त होती है।

अनुप्रयोग

RIE की गहराई आवेदन पर निर्भर करती है:

  • डीआरएएम सूक्ष्म परिपथ में, संधारित्र खंदक 10–20 माइक्रोन गहरे हो सकते हैं,
  • एमईएमएस में, डीआरआईई का उपयोग कुछ माइक्रोमीटर से लेकर 0.5 मिमी तक किसी भी चीज़ के लिए किया जाता है।
  • अनियमित चिप डाइसिंग में, डीआरआईई का उपयोग एक नए संकर कोमल/कड़े मास्क के साथ किया जाता है ताकि सिलिकॉन डाइस को अनियमित आकार वाले लेगो-जैसे टुकड़ों में डाइस करने के लिए सब-मिलीमीटर निक्षारण हासिल की जा सके।[7][8][9]
  • लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स में, डीआरआईई का उपयोग सिलिकॉन क्रियाधार की मोटाई को कुछ से लेकर दसियों माइक्रोमीटर तक कम करके पारंपरिक अखंड CMOS उपकरणों को लचीला बनाने के लिए किया जाता है।[10][11][12][13][14][15]

डीआरआईई को आरआईई से अलग करने वाली बात है निक्षारण की गहराई: आरआईई के लिए व्यावहारिक निक्षारण गहराई (एकीकृत परिपथ निर्माण में प्रयुक्त) 1 माइक्रोमीटर/मिनट की दर से लगभग 10 माइक्रोमीटर तक सीमित होगी, जबकि डीआरआईई 600 माइक्रोमीटर/मिनट तक की दर से बहुत अधिक निक्षारण कर सकता है। कुछ अनुप्रयोगों में 20 माइक्रोमीटर/मिनट या उससे अधिक की दरों के साथ µm या अधिक कर सकता है।

कांच के डीआरआईई को उच्च प्लाज्मा शक्ति की आवश्यकता होती है, जिससे वास्तव में गहरी निक्षारण के लिए उपयुक्त मुखौटा सामग्री खोजना कठिन हो जाता है। पॉलीसिलिकॉन और निकल का उपयोग 10–50 माइक्रोमीटर खोदी गई गहराई के लिए किया जाता है। बहुलक के डीआरआईई में, SF6 के वैकल्पिक चरणों के साथ बॉश प्रक्रिया निक्षारण और C4F8 निष्क्रियता होती है। धातु के मुखौटे का उपयोग किया जा सकता है, हालांकि वे उपयोग करने के लिए महंगे हैं क्योंकि कई अतिरिक्त प्रकाश और निक्षेपण चरणों की हमेशा आवश्यकता होती है। हालांकि रासायनिक रूप से प्रवर्धित नकारात्मक प्रतिरोधों का उपयोग करने पर विभिन्न क्रियाधार (Si [800 µm तक], InP [40 µm तक] या काँच [12 µm तक]) पर धातु के मास्क आवश्यक नहीं हैं।

शीतजन-डीआरआईई में गैलियम आयन अंतर्रोपण को निक्षारण मास्क के रूप में उपयोग किया जा सकता है। केंद्रित आयन किरण और शीतजन-डीआरआईई की संयुक्त नैनोसंविरचन प्रक्रिया को पहली बार एन चेकुरोव एट अल ने अपने लेख द फैब्रिकेशन ऑफ सिलिकॉन नैनोस्ट्रक्चर बाय लोकल गैलियम अंतर्रोपण एंड परिशीतन पश्च प्रतिक्रियाशील आयन निक्षारण में प्रतिवेदन किया था।[16]


यथार्थमापी यंत्रगति

डीआरआईई ने उच्च अंत कलाई घड़ियों में सिलिकॉन यांत्रिक घटकों के उपयोग को सक्षम किया है। कार्टियर (जौहरी) के एक इंजीनियर के अनुसार, "डीआरआईई के साथ ज्यामितीय आकृतियों की कोई सीमा नहीं है,"।[17] डीआरआईई के साथ 30 या अधिक का पक्षानुपात प्राप्त करना संभव है,[18] इसका मतलब है कि एक सतह को उसकी चौड़ाई से 30 गुना गहरी खड़ी दीवार वाली खंदक से उकेरा जा सकता है।

इसने सिलिकॉन घटकों को कुछ भागों के लिए प्रतिस्थापित करने की अनुमति दी है जो सामान्यतः इस्पात से बने होते हैं, जैसे कि हेयरस्प्रिंग है। सिलिकॉन इस्पात की तुलना में हल्का और कड़ा होता है, जो लाभ वहन करता है लेकिन निर्माण प्रक्रिया को और अधिक चुनौतीपूर्ण बना देता है।

संदर्भ

  1. ↑ Basic Bosch process patent application
  2. ↑ Improved Bosch process patent application
  3. ↑ Bosch process "Parameter Ramping" patent application
  4. ↑ Method of anisotropically etching silicon
  5. ↑ Method for anisotropic etching of silicon
  6. ↑ Method of anisotropic etching of silicon
  7. ↑ Ghoneim, Mohamed; Hussain, Muhammad (1 February 2017). "अत्यधिक निर्माण योग्य डीप (सब-मिलीमीटर) नक़्क़ाशी सक्षम उच्च आस्पेक्ट रेशियो कॉम्प्लेक्स ज्योमेट्री लेगो-लाइक सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्स" (PDF). Small. 13 (16): 1601801. doi:10.1002/smll.201601801. hdl:10754/622865. PMID 28145623.
  8. ↑ Mendis, Lakshini (14 February 2017). "लेगो की तरह इलेक्ट्रॉनिक्स". Nature Middle East. doi:10.1038/nmiddleeast.2017.34.
  9. ↑ Berger, Michael (6 February 2017). "लेगो जैसे सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्स को हाइब्रिड एचिंग मास्क के साथ बनाया गया है". Nanowerk.
  10. ↑ Ghoneim, Mohamed; Alfaraj, Nasir; Torres-Sevilla, Galo; Fahad, Hossain; Hussain, Muhammad (July 2016). "शारीरिक रूप से लचीले FinFET CMOS पर आउट-ऑफ-प्लेन तनाव प्रभाव". IEEE Transactions on Electron Devices. 63 (7): 2657–2664. Bibcode:2016ITED...63.2657G. doi:10.1109/ted.2016.2561239. hdl:10754/610712. S2CID 26592108.
  11. ↑ Ghoneim, Mohamed T.; Hussain, Muhammad M. (23 July 2015). "इंटरनेट ऑफ एवरीथिंग इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए शारीरिक रूप से लचीली गैर-वाष्पशील मेमोरी पर समीक्षा करें". Electronics. 4 (3): 424–479. arXiv:1606.08404. doi:10.3390/electronics4030424. S2CID 666307.
  12. ↑ Ghoneim, Mohamed T.; Hussain, Muhammad M. (3 August 2015). "PZT और सिलिकॉन फैब्रिक के साथ एकीकृत लचीली फेरोइलेक्ट्रिक मेमोरी के कठोर पर्यावरण संचालन का अध्ययन" (PDF). Applied Physics Letters. 107 (5): 052904. Bibcode:2015ApPhL.107e2904G. doi:10.1063/1.4927913. hdl:10754/565819.
  13. ↑ Ghoneim, Mohamed T.; Rojas, Jhonathan P.; Young, Chadwin D.; Bersuker, Gennadi; Hussain, Muhammad M. (26 November 2014). "फ्लेक्सिबल बल्क मोनो-क्रिस्टलीय सिलिकॉन पर हाई डाइइलेक्ट्रिक कॉन्सटेंट इंसुलेटर और मेटल गेट मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर कैपेसिटर का विद्युत विश्लेषण". IEEE Transactions on Reliability. 64 (2): 579–585. doi:10.1109/TR.2014.2371054. S2CID 11483790.
  14. ↑ Ghoneim, Mohamed T.; Zidan, Mohammed A.; Alnassar, Mohammed Y.; Hanna, Amir N.; Kosel, Jurgen; Salama, Khaled N.; Hussain, Muhammad (15 June 2015). "Flexible Electronics: Thin PZT-Based Ferroelectric Capacitors on Flexible Silicon for Nonvolatile Memory Applications". Advanced Electronic Materials. 1 (6): 1500045. doi:10.1002/aelm.201500045. S2CID 110038210.
  15. ↑ Ghoneim, Mohamed T.; Kutbee, Arwa; Ghodsi, Farzan; Bersuker, G.; Hussain, Muhammad M. (9 June 2014). "Mechanical anomaly impact on metal–oxide–semiconductor capacitors on flexible silicon fabric" (PDF). Applied Physics Letters. 104 (23): 234104. Bibcode:2014ApPhL.104w4104G. doi:10.1063/1.4882647. hdl:10754/552155. S2CID 36842010.
  16. ↑ Chekurov, N; Grigoras, K; et al. (11 February 2009). "स्थानीय गैलियम इम्प्लांटेशन और क्रायोजेनिक डीप रिएक्टिव आयन ईचिंग द्वारा सिलिकॉन नैनोस्ट्रक्चर का निर्माण". Nanotechnology. 20 (6): 065307. doi:10.1088/0957-4484/20/6/065307. PMID 19417383. S2CID 9717001.
  17. ↑ Kolesnikov-Jessop, Sonia (23 November 2012). "सिलिकॉन भागों के सटीक भविष्य पर अभी भी बहस हो रही है". The New York Times. New York.
  18. ↑ Yeom, Junghoon; Wu, Yan; Selby, John C.; Shannon, Mark A. (2005). "पहलू अनुपात पर निर्भर परिवहन और माइक्रोलोडिंग प्रभाव के कारण सिलिकॉन की गहरी प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी में अधिकतम प्राप्त करने योग्य पहलू अनुपात". Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. American Vacuum Society. 23 (6): 2319. Bibcode:2005JVSTB..23.2319Y. doi:10.1116/1.2101678. ISSN 0734-211X.

यह भी देखें

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